[發(fā)明專利]一種硅基復(fù)合膜及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710041187.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN106816609B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐建峰;李秀麗;蔣晶晶;張鳳茹;鄒志青;楊輝;錢匯東;黃慶紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號(hào): H01M8/0228
• 分類號(hào): H01M8/0228;H01M8/1011
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 王華英

本發(fā)明提供一種硅基復(fù)合膜及其制備方法和用途，該硅基復(fù)合膜包括硅基分離層和與所述硅基分離層相連的高分子膜支撐層；其中，所述硅基分離層包括以下組分及重量份：硅氧聚合物50～150份；交聯(lián)劑5～15份；催化劑0.1～1份；溶劑100～3000份。本發(fā)明將大分子硅氧聚合物進(jìn)行交聯(lián)形成硅基分離層，硅基分離層與高分子膜支撐層組成硅基復(fù)合膜，大分子硅氧聚合物中Si形成穩(wěn)定化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得硅基復(fù)合膜在酸堿或電化學(xué)等惡劣條件下穩(wěn)定存在；本發(fā)明大分子硅氧聚合物兩側(cè)鏈端的羥基與Si由亞甲基相隔開，進(jìn)一步確保了化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源儲(chǔ)能電池領(lǐng)域，特別是涉及一種硅基復(fù)合膜及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，能源的使用枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們對(duì)開發(fā)出新的清潔能源的愿望越來越強(qiáng)。因此研發(fā)一種能量轉(zhuǎn)換效率高的環(huán)境友好新能源技術(shù)是當(dāng)前急需解決的問題。可持續(xù)二次能源可改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、減少污染，是國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略重要舉措。面對(duì)全球能源危機(jī)的挑戰(zhàn)，開發(fā)能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化器件一直成為各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)。

由于科技微電子領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，使得便攜式移動(dòng)電子設(shè)備深入人們生活的各個(gè)角落。便攜式移動(dòng)電子設(shè)備(如MP3、筆記本電腦、移動(dòng)電話等)在發(fā)展中不斷進(jìn)步，隨著微納器件工藝水平以及集成度的不斷提高，如今的電子設(shè)備呈現(xiàn)出體積更小，重量更輕，功能更強(qiáng)大的發(fā)展趨勢(shì)。然而，為這些電子設(shè)備提供能量的器件，其發(fā)展速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上當(dāng)今電子產(chǎn)品前進(jìn)的腳步。所以，尋找性能更好、效率更高、使用更方便的電源設(shè)備已成為確保電子產(chǎn)品飛速發(fā)展的核心問題。

燃料電池技術(shù)因其能源轉(zhuǎn)換效率高、無污染等特點(diǎn)，受到廣大科學(xué)家們的關(guān)注。燃料電池是一種電化學(xué)器件，是一種可將燃料和氧化劑反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它的反應(yīng)過程不受卡諾循環(huán)的限制。燃料電池概念的提出比較早，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，至今已發(fā)展多種燃料電池。根據(jù)電解質(zhì)不同主要可分為以下五種：質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、溶融碳酸鹽燃料電池、磷酸型燃料電池、固體氧化物燃料電池。在上述的幾種電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因其能量轉(zhuǎn)化效率高、無污染，且在室溫條件下可快速啟動(dòng)、無電解液流失、水易排出、電流密度大、比功率大和易于小型化、微型化、壽命長(zhǎng)等突出特點(diǎn)，是近年來研究最多的一類燃料電池。

被動(dòng)式直接甲醇燃料電池(DMFC)是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種，其能量密度較高，是同體積鋰離子電池的5倍。具有無污染、高效率、室溫快速啟動(dòng)、燃料便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸、便于攜帶、充電迅速等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于各類便攜式電子產(chǎn)品、單兵電源等。DMFC一般由陽極供料系統(tǒng)、三合一膜電極組件(MEA)、陰極空氣補(bǔ)給系統(tǒng)3個(gè)部分組成。其中被動(dòng)式DMFC由于不使用外加動(dòng)力，減少了電池的功耗，提高了能量利用率；此外，由于被動(dòng)式DMFC一般在室溫環(huán)境和較小的電流密度下工作，不需要單獨(dú)的溫度控制系統(tǒng)和水管理系統(tǒng)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)，減小了系統(tǒng)功耗。所以，被動(dòng)式DMFC是最有希望取代鋰離子電池成為新一代便攜設(shè)備電源的技術(shù)之一。

在被動(dòng)式DMFC中，燃料儲(chǔ)罐體積一定的條件下，使用純甲醇為燃料理論上能提供更長(zhǎng)的放電時(shí)間和更高的體積能量密度。然而，由于純甲醇濃度過高，跨膜滲透嚴(yán)重，容易使電池陰極側(cè)的甲醇氧化放熱反應(yīng)過于劇烈，導(dǎo)致膜電極集合體(MEA)放電電壓低，Nafion膜過度失水，甲醇利用效率低等各種問題。此外，盡管目前被動(dòng)式DMFC的結(jié)構(gòu)能夠有效促使陰極反應(yīng)產(chǎn)生的水返回至陽極，但由于陽極催化層的水蒸汽也容易因濃差擴(kuò)散返回至甲醇儲(chǔ)罐，從而導(dǎo)致電池陽極保留的水蒸汽濃度不足的情況，而這種情況對(duì)MEA的持續(xù)穩(wěn)定工作是極為不利的。因此，在甲醇燃料電池的陽極側(cè)加裝一種既可以有效緩釋儲(chǔ)罐甲醇向MEA陽極側(cè)的擴(kuò)散，又可以同時(shí)將陰極反應(yīng)產(chǎn)生的水汽截留在MEA陽極，防止其向燃料儲(chǔ)罐擴(kuò)散的復(fù)合膜，對(duì)于保證電池的性能及穩(wěn)定運(yùn)行，具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容