[发明专利]一种燃料电池用介孔氧化硅纳米管质子交换膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用介孔氧化硅纳米管质子交换膜及制备方法，属于质子交换膜制备领域。本发明一种燃料电池用介孔氧化硅纳米管质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：a、将硝酸钴和硝酸铁溶于水中得到混合溶液，再将介孔材料SBA‑15加到混合溶液中，室温下搅拌，得到顺磁性纳米颗粒；b、将顺磁性纳米颗粒和3‑巯丙基三甲基硅烷混合，静置；c、经步骤b处理后，再在旋转磁场作用下进行热处理，获得管壁内侧接枝有巯基的二氧化硅纳米管膜材料；d、将二氧化硅纳米管膜材料浸入双氧水中，最后洗涤干燥,加入Nafion液流延,获得介孔氧化硅纳米管质子交换膜。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用介孔氧化硅纳米管质子交换膜及制备方法，属于质子交换膜制备领域。

背景技术

燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时,阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构,以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构。

燃料电池作为下一代的清洁环保电源，相比锂电池具有许多得天独厚的优势。但目前的燃料电池制作成本高，特别是催化剂和质子交换膜的成本过于高昂，限制了其商业化生产和推广。目前的质子交换膜主要以杜邦公司的Nafion膜为主流。

申请号为201510369330.2的中国专利公开了Nafion接枝聚乙烯基唑类复合质子交换膜及其制备方法。本发明属于膜技术领域，具体涉及一种Nafion接枝聚乙烯基唑类复合质子交换膜及其制备方法。本发明以Nafion为ATRP大分子引发剂，引发乙烯基唑类单体聚，进而制备得到Nafion接枝聚乙烯基唑类复合质子交换膜。本发明得到的Nafion接枝聚乙烯基唑类复合质子交换膜的质子传导率较纯聚合物质子交换膜明显提高，具有极其优越的选择性。本发明方法操作过程简单，制备条件温和，生产成本较低，易于批量化、规模化生产，具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。

申请号为201210162444.6的中国专利公开了一种细菌纤维素-Nafion夹心质子交换膜及制备和应用。本发明涉及一种细菌纤维素-Nafion夹心质子交换膜，该夹心质子交换膜为BC-Nafion-BC或Nafion-BC-Nafion结构；其制备包括：将细菌纤维素膜经碱煮和洗涤等处理得到凝胶状的细菌纤维素膜；依次叠放凝胶状的细菌纤维素膜、处理过的Nafion膜和凝胶状的细菌纤维素膜，或依次叠放处理过的Nafion膜、凝胶状的细菌纤维素膜和处理过的Nafion膜，或将凝胶状的细菌纤维素膜干燥后浸泡于Nafion溶液中，干燥，最后韧化处理即可。本发明的夹心质子交换混合膜具有较低的甲醇渗透率、较高的质子传导率和热稳定性，在甲醇燃料电池中具有良好的应用前景；本发明的制备工艺简单易行，环境污染小。

申请号为201710196613.0的中国专利公开了一种半互穿网络结构增强Nafion复合质子交换膜及其制备方法。本发明涉及一种半互穿网络结构增强Nafion复合质子交换膜及其制备方法，所述的复合质子交换膜由包括以下重量份含量的组分制备而成：功能性单体0.8-1.6份，Nafion醇溶液0.2-9份，光生酸剂0.01-0.5份以及交联剂0.7-1.2份；制备时，在Nafion醇溶液中，加入含不饱和双键或环氧基的功能性单体、硫鎓盐类光生酸剂，在成膜过程中，利用一定波长的光源，使光生酸剂产生质子和自由基，引发不饱和双键或环氧基发生交联反应，并与Nafion主链形成半互穿网络结构，即制得所述的复合膜。与现有技术相比，本发明制备工艺可控性好，与全氟磺酸膜相比，力学强度高，尺寸稳定性好，在质子交换膜燃料电池中具有广阔的应用前景。