[发明专利]一种燃料电池用质子交换膜的制备方法

说明书

本发明属于能源材料技术领域，具体为一种燃料电池用质子交换膜的制备方法。本发明提出的方法是在丙纶无纺布表面涂布乙烯基硅油、炭黑、聚醚醚酮、多巴胺、3‑氨基丙基三甲氧基硅烷多元复合物，再在高温高压下硫化，制备得到燃料电池用质子交换膜。将质子交换膜组装至直接甲醇燃料电池，测得最高能量密度在70℃和1M甲醇浓度时可达993 mW/cm²。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体为一种燃料电池用质子交换膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。

张洁等根据质子交换膜燃料电池的数学模型，在simulink环境下建立了其稳态模型并进行仿真。对影响质子交换膜燃料电池输出特性的因素（单个电池的电压，活化过电压，欧姆过电压，浓差过电压，功率以及电池效率）进行分析，以电流密度为横轴，得出在不同工作温度，不同气体压强以及不同膜的水含量的情况下质子交换膜燃料电池的最佳稳态输出特性。通过优化参数，改善燃料电池的性能，这对质子交换膜燃料电池的实际应用具有重要的意义（太原科技大学学报，2018，1：12-17）。

高一方等针对目前燃料电池温度控制模型复杂、 准确度不高、 不利于实际控制策略研究等问题，建立了温度与电压、电流密度的经验模型。通过几种拟合建模方法的对比得出基于傅里叶拟合的经验模型最佳。然后选取不同阶数的傅里叶拟合模型进行仿真分析，综合考虑控制精度与响应速度得出运用 3次傅里叶拟合模型控制温度最佳。该模型为质子交换膜燃料电池实际温度的控制提供了思路，可为后续电池堆或大电池系统的温度控制提供理论指导（电源技术，2018，1：55-57）。

刘艳等为提高质子交换膜燃料电池用超薄炭纸的力学性能，采用电化学聚合法在高通量超薄炭纸内部原位聚合聚噻吩薄膜，制备聚噻吩薄膜改性超薄炭纸（PTCP）。通过红外光谱仪（FT-IR）和扫描电镜（SEM-EDS）分析表征了PTCP的结构和形貌特征，并对其物理性能和其作为气体扩散层的质子交换膜燃料电池的电池性能进行测试（炭素技术，2017，5：29-34）。

深圳先进储能材料国家工程研究中心有限公司提供了一种质子交换膜燃料电池膜电极，在质子交换膜的一面涂覆有阴极催化剂层，在质子交换膜的另一面依次涂覆有阳极内催化剂层、阳极外催化剂层，在阴极催化剂层、阳极外催化剂层的外侧分别热压有气体扩散层，所述阳极内催化剂层包括催化剂和质子交换树脂，质子交换树脂的质量为催化剂质量的30～50％；所述阳极外催化剂层包括催化剂、质子交换树脂和PTFE，质子交换树脂的质量为催化剂质量的5～15％，PTFE的质量为催化剂质量的3～6％。还提供了质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。该发明膜电极，稳定性能良好，制备方法简单（公开/公告号：CN107658485A）。

综上所述，目前燃料电池用质子交换膜开发已经取得一定的进展，但在降低成本、提高性能、发明新材料及与实现柔性化等方面还需继续努力。本发明以织物为基底，构建燃料电池用质子交换膜，材料制备及设备投入成本较低，在能源材料领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池用质子交换膜的制备方法。

本发明提出的燃料电池用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：

将长4~6cm、宽2~3cm的丙纶无纺布置于涂布机上，涂布3~5g多元复合物，再在140~150℃、8~12 MPa 的条件下硫化，得燃料电池用质子交换膜；其中多元复合物中各种组分的重量百分比分别为：乙烯基硅油10~15%，炭黑5~10%，聚醚醚酮20~30%，多巴胺3~5%，3-氨基丙基三甲氧基硅烷3~5%，乙二醇二甲醚25~50%，四氢呋喃10~30%。