[發明專利]自增濕膜和自增濕燃料電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201210091103.4
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102738482A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 楊經倫;韓偉
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;金小芳

1.一種制備能用于自增濕燃料電池的自增濕膜的方法，其包括：

制備多孔基底；用選自沸石、分子篩和類沸石中的沸石基材料涂布所述多孔基底，從而形成具有沸石基材料涂層的孔壁及表面；用至少一種質子導電材料填充具有所述沸石基材料涂層的孔，從而形成自增濕膜結構；以及活化所述結構。

2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括：利用質子導電聚合物作為所述質子導電材料來填充具有所述沸石基材料涂層的孔。

3.根據權利要求2所述的方法，包括：通過利用含有溶劑的聚合物前驅體來施加所述聚合物，所述溶劑包含至少一種選自異丙醇、二甲基亞砜、乙二醇、1，2-丙二醇和丙三醇中的物質。

4.根據權利要求1所述的方法，其中所述多孔基底包括具有豎直或彎曲孔道的扁平金屬、陶瓷、塑料、碳或玻璃基底材料。

5.根據權利要求4所述的方法，其中制備的多孔基底厚度在10至1000微米的范圍內。

6.根據權利要求4所述的方法，其中制備的多孔基底厚度在50至200微米的范圍內。

7.根據權利要求1所述的方法，其中所述沸石基材料是LTA、MFI、FAU型沸石、類沸石材料以及包括介孔氧化硅和超大孔分子篩在內的分子篩材料中的至少一種。

8.根據權利要求1所述的方法，包括制備厚度在0.1至100微米范圍內的沸石基材料涂層。

9.根據權利要求1所述的方法，包括利用全氟磺酸聚合物、磺化聚醚酮和磺化殼聚糖作為所述質子導電材料。

10.根據權利要求1所述的方法，包括利用亞微米尺寸的沸石基材料顆粒。

11.根據權利要求1所述的方法，其中所述活化包括：消除所述質子導電聚合物前驅體和所述沸石、分子篩或類沸石材料多孔結構中的溶劑，使膜具有自增濕性能。

12.一種用于自增濕燃料電池中的自增濕膜，包括具有沸石、類沸石和/或分子篩涂層的多孔基底、以及填充于具有所述涂層的多孔基底中的質子導電材料。

13.一種制備自增濕燃料電池的方法，包括利用根據權利要求1所述的方法制備的自增濕膜作為該燃料電池的自增濕質子導電膜。

14.一種自增濕燃料電池，其包括通過權利要求1所述的方法制備的自增濕膜，還包括：一個陽極氣體擴散層和一個與之相鄰的催化層，以及一個陰極氣體擴散層和一個與之鄰近的催化層。

15.一種質子交換膜燃料電池，包括自增濕電解質膜，該自增濕電解質膜是通過將質子導電聚合物限域于具有沸石、類沸石和/或分子篩涂層的多孔基底中制備而成的，所述限域的過程進一步包括：制備多孔基底；用選自沸石、分子篩和類沸石中的沸石基材料涂布所述多孔基底，從而形成具有沸石基材料涂層的孔壁及表面；用至少一種質子導電聚合物填充具有所述沸石基材料涂層的孔，從而形成自增濕膜結構；以及活化所述結構。

16.根據權利要求15所述的質子交換膜燃料電池，其中：

所述沸石基材料通過吸附反應生成的水和/或催化水的形成來調節自增濕膜中的水量；

所述的質子導電聚合物在具有沸石基材料涂層的多孔基底中的限域抑制了由溫度改變和熱效應導致的材料收縮和膨脹，從而改善了膜在高溫下的機械及尺寸的穩定性；以及

所述限域誘導了孔中聚合物鏈的重排和官能團的重構。