[發(fā)明專利]一種燃料電池膜電極關(guān)鍵材料的回收方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910060437.3
• 申請(qǐng)日: 2009-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101459245A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 木士春;徐峰;潘牧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/00
• 分類號(hào): H01M8/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 張安國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池材料的回收方法，特別是膜電極中鉑基貴金屬催化劑、質(zhì)子交換膜和氣體擴(kuò)散層材料的回收方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton?exchange?membrane?fuel?cell，PEMFC)是一種將貯存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)、室溫下快速啟動(dòng)等特點(diǎn)，已成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

目前PEMFC高昂的成本成制約了其進(jìn)一步發(fā)展。PEMFC的核心器件通常為膜電極(Membrane?electrode?assembly，MEA)，其關(guān)鍵材料主要是鉑基貴金屬催化劑、質(zhì)子交換膜和氣體擴(kuò)散層材料等。其中，鉑基貴金屬中的Pt在自然界中的儲(chǔ)藏量非常稀少，因而價(jià)格十分昂貴；而使用的質(zhì)子交換膜主要是由杜邦公司(du?Pont)生產(chǎn)的Nafion系列全氟磺酸膜，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且生產(chǎn)原料主要來(lái)源于石化產(chǎn)品，因而價(jià)格也非常昂貴。

當(dāng)前降低PEMFC膜電極成本的方法主要有：1)降低關(guān)鍵材料的用量，特別是降低貴金屬催化劑的用量。如文獻(xiàn)CN1560950A介紹了一種直接法合成質(zhì)子交換膜用超薄核心組件的方法，貴金屬催化劑的用量降至0.4毫克/平方厘米。2)尋找相對(duì)廉價(jià)的替代材料，如文獻(xiàn)CN101151745A介紹了一種鈀鈷顆粒作為氧化還原電催化劑的方法，所發(fā)明的鈀鈷顆粒具有至少和鉑納米顆粒相同的催化活性。3)關(guān)鍵材料回收再利用。如文獻(xiàn)WO2006/115684?A1介紹了一種利用不同濃度的醇(醇可以是甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等)浸泡MEA以回收質(zhì)子交換膜的方法。目前降低貴金屬催化劑用量的技術(shù)尚不成熟，其替代材料也沒(méi)有取得較大的進(jìn)展。此外，全氟質(zhì)子交換膜還含有氟等有害成分。因此，如果不對(duì)催化劑和膜進(jìn)行回收利用而是直接廢棄，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且還會(huì)造成環(huán)境污染。

當(dāng)前，質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極關(guān)鍵材料的回收方法僅見(jiàn)有少量的專利文獻(xiàn)報(bào)道。如EP1065742A2介紹了一種利用醇(醇可以是甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等)和水的混合溶劑浸泡膜電極的方法，完整地分離氣體擴(kuò)散電極和膜并分別回收催化劑和膜。但該方法得到的只是Pt/C顆粒，還需要對(duì)Pt作提取處理。此外，老化的膜內(nèi)通常還會(huì)含有Pt微粒，顯然該方法無(wú)法回這部分Pt。WO2006/073840A1介紹了一種利用強(qiáng)氧化劑浸泡膜電極的方法，強(qiáng)氧化劑能氧化催化層中的鉑，使之形成鉑鹽而溶解，而后逐步通過(guò)沉淀、煅燒等步驟還原并回收鉑。但煅燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體。US2005/0211630A1介紹一種利用“超臨界流體”處理膜電極并分離全氟磺酸樹(shù)脂和Pt/C的方法。但該工藝對(duì)操作條件要求較高，還需進(jìn)一步分離Pt和碳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極關(guān)鍵材料的回收方法。

本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極關(guān)鍵材料的回收方法，其特征在于使用酸處理廢舊膜電極，回收膜電極關(guān)鍵材料，所述的膜電極關(guān)鍵材料包括貴金屬催化劑、質(zhì)子交換樹(shù)脂和氣體擴(kuò)散層材料，所述的膜電極包括MEA膜電極和CCM膜電極，MEA膜電極是將催化劑層直接涂敷在氣休擴(kuò)散層上的膜電極(membrane?electrode?assembly)，而CCM膜電極是將膜電極催化劑層直接涂敷在質(zhì)子交換膜兩側(cè)制成的膜/催化劑三合一組件(catalystcoated?membrane)，所述的酸是濃硫酸、濃硝酸、或濃硫酸和濃硝酸任意比例的混合酸。

所述的質(zhì)子交換膜是指具有磺酸基團(tuán)的全氟磺酸膜，如杜邦公司生產(chǎn)的系列膜、旭化成公司生產(chǎn)的全氟質(zhì)子交換膜、旭硝子公司生產(chǎn)的全氟質(zhì)子交換膜、DowChcmical公司生產(chǎn)的Dow膜；部分氟化的質(zhì)子交換膜，如Ballard公司生產(chǎn)的BAM3G膜；非氟化的質(zhì)子交換樹(shù)脂鑄膜，如磺聚砜類樹(shù)脂、磺化聚苯硫醚樹(shù)脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亞胺樹(shù)脂、磺化聚苯乙烯樹(shù)脂、磺化聚醚醚酮樹(shù)脂鑄膜。