[發(fā)明專利]一種堿性電解質(zhì)膜在堿性直接醇類燃料電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810013566.2
• 申請(qǐng)日: 2008-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101714639A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫公權(quán);侯宏英;王素力;金巍;柳鶴;楊少華;辛勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M8/02
• 分類號(hào): H01M8/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及堿性直接醇類燃料電池，具體地說(shuō)是一種堿性電解質(zhì)膜在 堿性直接醇類燃料電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的直接醇類燃料電池(DAFC)是以強(qiáng)酸性的質(zhì)子交換膜為電解質(zhì) 膜，以有機(jī)小分子醇類如甲醇、乙醇等為燃料的一類質(zhì)子交換膜燃料電池。 它直接使用液體醇為燃料，避免了目前困擾氫氧燃料電池的儲(chǔ)氫難題，同 時(shí)具有體積小，質(zhì)量輕，效率高等突出優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一類頗具應(yīng)用前景 的燃料電池.然而，其緩慢的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)及燃料滲透仍是制約DAFC技 術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸因素。一種可能的解決方案是使電池的內(nèi)部環(huán)境由酸 性變?yōu)閴A性，即所謂的堿性直接醇類燃料電池。因?yàn)閴A性環(huán)境有利于改善 電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，允許非鉑催化劑產(chǎn)生活性而不再嚴(yán)重依賴于貴金屬 鉑；另外，堿性直接醇類燃料電池內(nèi)部的載流子不再是質(zhì)子，可以消除由于 電滲拖曳引起的燃料滲透，因此近年來(lái)成為新的研究熱點(diǎn)之一。聚合物電 解質(zhì)膜作為燃料電池的關(guān)鍵部件之一，其性能和價(jià)格在很大程度上決定了 整個(gè)燃料電池的性能和生產(chǎn)成本。因此開(kāi)發(fā)適用于堿性直接醇類燃料電池 且性價(jià)比高的聚合物電解質(zhì)膜具有極其重要的理論意義及應(yīng)用價(jià)值。

美國(guó)專利(US0049509)公開(kāi)了陰離子交換膜直接甲醇燃料電池的概念 及反應(yīng)方程式，并將其與傳統(tǒng)的直接甲醇電池燃料作了比較，但對(duì)于組成 電池的各個(gè)部件并未作詳細(xì)的界定，更未涉及單池放電性能。中國(guó)專利 (CN1560117A)提供了一種強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的制備方法。該方法利 用冠醚聚合物對(duì)堿金屬或堿土金屬離子的鰲合作用將陽(yáng)離子固定到聚合物 鏈上，游離的陰離子起導(dǎo)電作用。美國(guó)專利(US0127450A1)公開(kāi)了一種通 過(guò)輻射嫁接制備陰離子固體電解質(zhì)膜的方法。

綜上所述，目前關(guān)于堿性直接醇類燃料電池用聚合物電解質(zhì)膜的研究 主要集中在陰離子交換膜的制備方面，陰離子交換膜通常為季銨化的聚合 物材料。然而由于季銨型電解質(zhì)膜的耐堿耐高溫性能普遍較差，使得以此 類膜為電解質(zhì)膜的堿性直接醇類燃料電池的工作溫度通局限在60℃以下， 因此其峰值功率密度通常低于20mW/cm²。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種堿性電解質(zhì)膜在堿性直接醇類燃料電池中 的應(yīng)用，其中堿性電解質(zhì)膜為經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿浸漬改性的膜，該膜具有良 好的機(jī)械強(qiáng)度、耐堿及耐熱性能，使用了該膜的堿性直接醇類燃料電池具 有較高的單池放電性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種堿性電解質(zhì)膜在堿性直接醇類燃料電池中的應(yīng)用，所述堿性電解 質(zhì)膜為室溫下強(qiáng)堿溶液浸漬改性的膜，而且經(jīng)過(guò)浸漬改性的膜不經(jīng) 水沖洗即用于堿性直接醇類燃料電池的電解質(zhì)膜。通過(guò)浸漬改性這種手段， 不但使其骨架內(nèi)部離子簇中磺酸基上結(jié)合的質(zhì)子全部被金屬離子置換，而 且在納米尺度的離子簇空間內(nèi)充分吸附了堿溶液，因此該電解質(zhì)膜既可以 傳導(dǎo)金屬陽(yáng)離子，又可以滲透氫氧根離子，從而大大降低了電池的內(nèi)阻。

所述改性過(guò)程為，將商品化Nafion112、Nafion1135、Nafion115、 Nafion117或再鑄膜室溫下于強(qiáng)堿溶液中浸漬2天至6個(gè)月后，即 得到所需的堿性電解質(zhì)膜。

所述強(qiáng)堿溶液為濃度1M至飽和的LiOH、NaOH或KOH水溶液。

將膜在強(qiáng)堿溶液中浸漬一段時(shí)間后，不但使其骨架內(nèi)部離子 簇中磺酸基上結(jié)合的質(zhì)子全部被金屬離子置換，而且在納米尺度的離子簇 空間內(nèi)充分吸附了堿溶液。

所述堿性直接醇類燃料電池以堿性的C₁、C₂、C₃或C₄醇的水溶液為 燃料，燃料中醇的濃度為1-3M，燃料中堿的濃度為1-3M，所述堿為KOH、 NaOH、LiOH；以純氧或空氣為氧化劑，氧化劑的壓力為0.1-0.2MPa，電 池的工作溫度為25-100℃。

所述堿性直接醇類燃料電池以碳載鉑釕或碳載鈀為陽(yáng)極催化劑，以碳 載鉑、碳載銀或碳載二氧化錳為陰極催化劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)采用經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿浸漬改性的膜不經(jīng)水沖洗直接應(yīng)用時(shí)， 既可以傳導(dǎo)金屬陽(yáng)離子，又可以滲透氫氧根陰離子，有利于降低電池內(nèi)阻。