[發明專利]低溫固體燃料電池用高質子傳導性的納米多孔電解質材料

有效

• 申請號: 201710654424.3
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107579269B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 張小婷;馬先偉;汪瀟;楊歡;徐開東;牛季收;楊留栓;張驍;朱文豪;王宇
• 申請（專利權）人: 河南城建學院
• 主分類號: H01M8/1018
• 分類號: H01M8/1018;H01M8/1067
• 代理公司: 33233 浙江永鼎律師事務所
• 代理人: 陸永強<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種低溫固體燃料電池用高質子傳導性的納米多孔電解質材料，由鹽酸或甲酸或醋酸、乙醇、有機硅烷Si(OR)₄、磷酸酯或磷酸或三氯氧磷、陰離子表面活性劑、干燥控制劑制作。經試驗測定，本發明制得的燃料電池用電解質材料中細孔直徑可達10nm以下，比表面積可達800m²/g以上，空隙率可達50％以上，質子傳導性高，電導率可達5×10^?1S/cm²以上，因而具有高質子吸附性、高電導率及較寬溫度使用范圍等特性，可廣泛地應用于低溫固體燃料電池中。

技術領域

本發明屬于低溫固體燃料電池技術領域，具體是涉及一種低溫固體燃料電池用高質子傳導性的納米多孔電解質材料。

背景技術

低溫固體燃料電池是一種高效清潔的新型電化學能源，具有發電效率高、環境污染少等優點，是機動車首選的可搭載能源。目前的低溫固體燃料電池所用的電解質材料是高分子材料，但該高分子材料的穩定性較差(使用溫度不能超過100℃)、燃料電池中的質子傳導性差等缺陷，嚴重制約了低溫固體燃料電池發電效率的進一步提高，影響了其應用范圍的進一步拓展。

發明內容

本發明主要是解決現有低溫固體燃料電池使用的電解質材料質子傳導性差、發電效率低等技術問題，提供了一種低溫固體燃料電池用高質子傳導性的納米多孔電解質材料及其制備方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種低溫固體燃料電池用高質子傳導性的納米多孔電解質材料，按100重量份計，所述電解質材料的制作組分包括：鹽酸或甲酸或醋酸25～40份，乙醇25～40份，有機硅烷Si(OR)₄ 15～35份，磷酸酯或磷酸或三氯氧磷1～2份，陰離子表面活性劑0.1～0.3份，干燥控制劑0.5～3.0份，其中所述有機硅烷Si(OR)₄為正硅酸甲酯和正硅酸乙酯中的任選一種或兩種，所述磷酸酯為磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的一種或兩種，所述陰離子表面活性劑為CTAB，所述干燥控制劑為甲酰胺。

上述用于燃料電池的電解質材料，其制作方法包括如下步驟：

步驟(1)，將鹽酸、甲酸或醋酸用純凈水配置成0.15mol/L的酸水溶液，加入乙醇并混合均勻，制得混合液A；

步驟(2)，取用1/6-1/3的混合液A，將有機硅烷Si(OR)₄按5-6秒每滴的速度滴入其中，攪拌1h，制得混合液B；

步驟(3)，將磷酸酯或磷酸或三氯氧磷加入到混合液B中，攪拌1h，制得混合液C；

步驟(4)，將CTAB和干燥控制劑加入到剩余的混合液A中，攪拌20min后加入到混合液C中，攪拌1h，制得混合液D；

步驟(5)，將混合液D倒入的器皿中，室溫干燥一個月，使其形成濕凝膠；

步驟(6)，在熱烘裝置中將濕凝膠烘制成燃料電池的電解質材料，具體為：先以8℃/h～15℃/h的升溫速度將熱烘裝置升溫至150℃，熱烘裝置中的濕度保持在70％RH～90％RH，保溫20～40小時，然后降至室溫，再以20℃/h～35℃/h的升溫速度將熱烘裝置升溫至600℃，保溫2～4小時，即可將濕凝膠烘制成燃料電池的電解質材料。

經試驗測定，本發明制得的燃料電池用電解質材料中細孔直徑可達10nm以下，比表面積可達800m²/g以上，空隙率可達50％以上，質子傳導性高，質子傳導率可達5×10^-1S/cm以上，因而具有高質子吸附性、高電導率及較寬溫度使用范圍等特性，可廣泛地應用于低溫固體燃料電池中。

具體實施方式

下面通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。