[發(fā)明專利]一種燃料電池?zé)o機(jī)質(zhì)子交換膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210274777.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN102800881A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海錦眾信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 劉懿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池?zé)o機(jī)質(zhì)子交換膜的制備方法，尤其涉及一種高的穩(wěn)定性、抗氧化性和耐高溫性能、以及價(jià)格低廉的質(zhì)子交換膜的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，經(jīng)過(guò)各國(guó)?科學(xué)家與相關(guān)產(chǎn)業(yè)人員的努力，燃料電池關(guān)鍵材料與系統(tǒng)集成技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，配套產(chǎn)業(yè)也日趨成熟。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)被稱為第五代燃料電池，它除了具備一般燃料電池的優(yōu)點(diǎn)之處，還具有可室溫快速啟動(dòng)，無(wú)電解液流失，水易排出，壽命長(zhǎng)，比功率與比能量高等突出特點(diǎn)，因此被公認(rèn)為最有希望成為航天、軍事、電動(dòng)汽車和區(qū)域性電站的首選電源。質(zhì)子交換膜的性能直接關(guān)系到整個(gè)燃料電池的整體性能。質(zhì)子交換膜作為質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件，它起著隔離燃料和氧化劑、以及傳導(dǎo)質(zhì)子的作用，它的性能決定著燃料電池的性能。因此提高質(zhì)子交換膜各方面性能，對(duì)于燃料電池的應(yīng)用具有重要意義。無(wú)機(jī)質(zhì)子交換膜目前已經(jīng)成為提高質(zhì)子交換膜性能的一個(gè)重要研究方向，在質(zhì)子交換膜中摻入無(wú)機(jī)顆粒SiO₂、TiO₂、ZrO₂等已被證明具有較好的保濕性能，并使得質(zhì)子交換膜能夠在較高溫度下使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)異的燃料電池?zé)o機(jī)質(zhì)子交換膜的制備方法，該復(fù)合質(zhì)子交換膜可以提供較高的穩(wěn)定性、抗氧化性和耐高溫性能，并且價(jià)格低廉。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種燃料電池?zé)o機(jī)質(zhì)子交換膜的制備方法包括如下步驟：

步驟1，首先制備雜多酸和鋯酸乙酯混合溶液：先將雜多酸加入到水和乙醇的重量比?為1∶3~1∶8的混合溶劑中，其中雜多酸與水和甲醇混合溶劑的重量比為1∶(20~280)，?攪拌10~25分鐘，然后按照鋯酸乙酯與雜多酸重量比8∶1~3∶1加入鋯酸乙酯，繼續(xù)攪拌15~30分鐘，形成雜多酸與鋯酸乙酯混合溶液；

步驟2，表面活性劑溶液的制備：按照鋯酸乙酯與表面活性劑重量比4∶1~1∶1將表面活性劑加入到水與乙醇的重量比為1∶4~1∶9混合溶劑中，表面活性劑與水與甲醇混合溶劑的重量比為1∶(20~50)，攪拌10~15分鐘，制成表面活性劑溶液；

步驟3，無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末前驅(qū)體制備：將步驟2制備的表面活性劑溶液加入至步驟1制備的雜多酸與鋯酸乙酯混合溶液中，室溫下攪拌3~4小時(shí)，制得無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂前驅(qū)體；

步驟4，無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末的制備：將步驟3制備的無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂前驅(qū)體置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中下熱處理6~8天，然后在溫度400℃~450℃下高溫煅燒2~3小時(shí)，得到無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂；

步驟5，無(wú)機(jī)質(zhì)子交換膜的制備：碾磨此無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂，加入與無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂重量比為1∶6~3∶16的熱塑性樹脂粘結(jié)劑以及與無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂重量比為1∶100~1∶300的分散劑甲基纖維素醚，攪拌均勻后，涂敷在多孔氧化鋁陶瓷片支撐體上，并熱壓制備成無(wú)機(jī)質(zhì)子ZrO₂交換膜。

優(yōu)選的，所述的表面活性劑為陽(yáng)離子表面活性劑CTAB。?

優(yōu)選的，所述的熱塑性樹脂粘結(jié)劑為聚醚砜(PES)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的質(zhì)子交換交換膜具有如下優(yōu)點(diǎn)：由于采用了ZrO₂作為質(zhì)子傳導(dǎo)材料，使得電池的溫度可以為250℃以上；由于采用了分散劑甲基纖維素醚使得ZrO₂在質(zhì)子交換膜中分散均勻，從而提高了電池的運(yùn)行穩(wěn)定性；采用多孔氧化鋁陶瓷片支撐體，提高了交換膜的含水量，提高了交換膜的抗氧化性能；此外本發(fā)明的原材料價(jià)格低，制備方法簡(jiǎn)單，節(jié)約了燃料電池的制造成本。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

先將雜多酸加入到水和乙醇的重量比?為1∶3的混合溶劑中，其中雜多酸與水和甲醇混合溶劑的重量比為1∶50，?攪拌10分鐘，然后按照鋯酸乙酯與雜多酸重量比8∶1加入鋯酸乙酯，繼續(xù)攪拌15分鐘，形成雜多酸與鋯酸乙酯混合溶液。?

按照鋯酸乙酯與陽(yáng)離子表面活性劑CTAB重量比4∶1，將陽(yáng)離子表面活性劑CTAB加入到水與乙醇的重量比為1∶4混合溶劑中，陽(yáng)離子表面活性劑CTAB與水與甲醇混合溶劑的重量比為1∶20，攪拌10分鐘，制成表面活性劑溶液。?

將表面活性劑溶液緩慢加入至雜多酸與鋯酸乙酯混合溶液中，室溫下攪拌3小時(shí)，制得無(wú)機(jī)質(zhì)子傳導(dǎo)粉末ZrO₂前驅(qū)體。?