[發(fā)明專利]Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910243704.0
• 申請日: 2009-12-23
• 公開（公告）號: CN102108128A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 相艷;楊萌;盧善富;張勁
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08J7/12
• 分類號: C08J7/12;C08J7/14;H01M8/02;H01M2/16
• 代理公司: 北京金恒聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11324
• 代理人: 李強;吳云華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜。

背景技術(shù)

直接甲醇燃料電池(Direct?methanol?fuel?cell，DMFC)因其使用液體燃料，且低溫啟動，能量密度高等優(yōu)點，一直是燃料電池研究工作的熱點領(lǐng)域。DMFC是最具潛質(zhì)的車載電源及便攜電源的供能裝置。也是未來最有可能成為商業(yè)化的燃料電池類型之一。質(zhì)子交換膜(Proton?exchange?membrane，PEM)是燃料電池中的核心部件，起到傳導質(zhì)子并且阻隔電子，并使陰陽極分隔等作用。目前商業(yè)化的PEM最為成熟的是杜邦公司的Nafion系列膜。但是當Nafion用于DMFC中時，其本身的結(jié)構(gòu)特點導致燃料甲醇從陽極向陰極大量地滲透，在陰極側(cè)發(fā)生電化學氧化產(chǎn)生混合電位，降低電池輸出性能。同時也會導致催化劑中毒，最終影響電池壽命。因此對集中于降低Nafion甲醇滲透率的改性工作也是DMFC研究的一個熱點。

磷鎢酸(HPW)是一種很好的質(zhì)子導體，其本征電導率可達0.2S/cm。因此將HPW引入燃料電池中強化電導性能是很多工作的聚集點。但是HPW致命弱點是其極高的水溶性，在電池環(huán)境中產(chǎn)生水，HPW極易隨水流失，造成電池性能的下降甚至衰退。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明人提出了一種基于Nafion膜的表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過利用磷鎢酸(HPW)與碳酸銫(Cs₂CO₃)的相互作用，在已經(jīng)取代了Cs₂CO₃的Nafion中引入Cs₂CO₃與HPW的反應(yīng)沉淀顆粒，而達到減小甲醇擴散通道外部口徑的目的，進而減小甲醇擴散率。同時通過銫鹽與HPW的反應(yīng)，使HPW得到固定，從而使之生成不溶于水的沉淀物，不易隨水流失。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于包括：

Cs改性處理，從而得到改性的Nafion膜；以及

HPW改性處理，從而得到Cs-HPW改性的Nafion膜(“Cs-HPW-Nafion膜”)。

根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的方面，所述Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法的特征在于所述Cs改性處理包括：

把Nafion膜置于銫鹽溶液中，從而得到銫改性的Nafion膜。

根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的方面，所述Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法的特征在于所述HPW改性處理包括：

把改性的Nafion膜置于HPW溶液中，從而得到Cs-HPW改性的Nafion膜。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述Cs-HPW表面改性的Nafion膜是用上述方法制備的。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述Cs-HPW表面改性的Nafion膜包括：

Nafion膜，

分布在所述Nafion膜表面上的銫鹽與HPW的反應(yīng)沉淀顆粒。

根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的方面，上述反應(yīng)沉淀顆粒是通過利用磷鎢酸(HPW)與碳酸銫(Cs₂CO₃)的相互作用而引入到所述Nafion膜表面上的。

附圖說明

圖1所示的是根據(jù)本發(fā)明的實施例的Cs-HPW-Nafion膜的掃描電鏡照片。

圖2所示的是根據(jù)本發(fā)明的實施例的Cs-HPW-Nafion膜的表面能譜分析圖。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過利用磷鎢酸(HPW)與碳酸銫(Cs₂CO₃)的相互作用，在已經(jīng)取代了Cs₂CO₃的Nafion中引入Cs₂CO₃與HPW的反應(yīng)沉淀顆粒，而達到減小甲醇擴散通道外部口徑的目的，進而減小甲醇擴散率。同時通過銫鹽與HPW的反應(yīng)，使HPW得到固定，從而使之生成不溶于水的沉淀物，不易隨水流失。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法包括：

-Cs改性處理，從而得到改性的Nafion膜(“Cs-Nafion膜”)；以及