[发明专利]改性无机纳米粒子、聚合物混合浆料、复合膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种改性无机纳米粒子、聚合物混合浆料、复合膜及制备方法，该改性无机纳米粒子包括：无机纳米粒子，其表面具有多个均匀分布的亲水性基团；多个膦酸基团，其均匀分布在所述无机纳米粒子的表面。通过这种方式，本发明能够防止团聚现象，保证质子交换膜具有持久保水能力和低湿度条件下提高质子传导率的作用。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种改性无机纳米粒子、聚合物混合浆料、复合膜及改性无机纳米粒子、聚合物混合浆料、复合膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学电池，其主要原理是将燃料和氧化剂中的化学能经氧化还原反应直接转化为电能。质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane FuelCell)作为燃料电池领域的重要分枝，除了拥有燃料电池一般性特点如能量转换效率高、环境友好之外，还具有室温下启动速度快、体积小、无电解液损失、容易排水、寿命长、比功率和比能量高等突出优点。因此，质子交换膜燃料电池具有非常广阔的应用前景。

膜电极(MEA，Membrane Electrode Assembly)是质子交换膜燃料电池的核心部件，质子交换膜是膜电极的核心部件之一。在质子交换膜内部，水的含量及电解质基团的质子亲和力对质子传导率具有决定性作用。在燃料电池运行过程中，反应生成的水和加湿气体所含水的扩散渗透共同作用实现膜中水的平衡。目前燃料电池使用中，绝大部分是采用增湿器来保持质子交换膜湿润，增湿器的引入，增加燃料电池的复杂性，也容易出现水淹现象。燃料电池在无外增湿情况下，可采用添加保水性物质来增加膜的反扩散作用及提高质子交换膜中的水含量。

但是，本申请的发明人在长期的研发过程中发现，常用的保水性物质或者容易团聚，或者影响质子交换膜的性能，并且不具备传导质子能力，在低湿度或高温条件下，其保水能力有限。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种改性无机纳米粒子、聚合物混合浆料、复合膜及改性无机纳米粒子、聚合物混合浆料、复合膜的制备方法，能够防止团聚现象，保证质子交换膜具有持久保水能力和低湿度条件下提高质子传导率的作用。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种改性无机纳米粒子，包括：无机纳米粒子，其表面具有多个均匀分布的亲水性基团；多个膦酸基团，其均匀分布在所述无机纳米粒子的表面。

其中，每个所述膦酸基团是通过膦酸小分子物质与所述无机纳米粒子的亲水性基团发生膦酸酯化、膦酰胺化反应或除所述膦酸酯化和膦酰胺化反应外的其他反应而连接到所述无机纳米粒子的表面的；所述膦酸小分子物质包括二乙烯三胺五甲叉膦酸、羟基亚乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、膦酰基丁烷三羧酸中的至少一种；所述亲水性基团是羟基或者氨基；所述无机纳米粒子包括氧化硅、氧化钛、氧化铈中的至少一种。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种聚合物混合浆料，包括：均匀分散的聚合物和如上任一项所述的改性无机纳米粒子。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种一种复合膜，所述复合膜是利用如上所述聚合物混合浆料制备得到的。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种改性无机纳米粒子的制备方法，包括：提供无机纳米粒子，提供膦酸小分子物质；使所述无机纳米粒子和所述膦酸小分子物质在催化剂的作用下进行反应，进而得到改性无机纳米粒子。