[發明專利]一種無機酸配合物燃料電池質子交換膜及催化劑和載體

在審

• 申請號: 201810093414.1
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108288719A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1048
• 分類號: H01M8/1048;H01M8/1072;H01M4/88;H01M4/90
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本發明提供了一種無機酸配合物燃料電池質子交換膜及催化劑和載體。將苯胺、氨基三亞甲基膦酸加入水中混合，加入過硫酸銨溶液反應后涂覆成膜，得到聚苯胺薄膜，浸漬于無機酸和硫酸銨的混合氧化液中吸附并壓延干燥得到聚合物配合無機酸質子交換膜；以鎳基水合硝酸鹽為原料，使用銅和鐵的硝酸鹽為助劑，加入硼氫化鈉，以疏水活性炭紙為載體，即得得燃料電池催化劑層。該方法無機酸與聚苯胺凝膠膜復合成電解質膜，顯著改善了質子交換膜對水分的依賴性小，同時催化劑及載體具有較強的疏水性，可有效減少水分和酸對于催化劑/載體的腐蝕，抗酸腐蝕能力強，催化活性好，循環性能佳且使用壽命長。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及質子交換膜及催化劑和載體的制備，特別是涉及一種無機酸配合物燃料電池質子交換膜及催化劑和載體。

背景技術

燃料電池是一種不經過燃燒直接以電化學反應的方式將燃料和氧化劑中的化學能高效率地、環境友好地轉化為電能的高效發電裝置。其中質子交換膜燃料電池由于具有能量轉化率高、功率密度高、啟動快和無污染等優點，成為近幾年發展最快的一類燃料電池，成為燃料電池研究工作中的熱點。

質子交換膜是質子交換燃料電池的核心組件，它在燃料電池中所起的作用是雙重的：作為電解質提供氫離子通道，作為隔膜隔離兩極反應氣體。質子交換膜是燃料電池的技術關鍵，其性能的優劣直接影響著燃料電池的工作性能、成本和應用前景。目前最常用的是全氟磺酸膜，其具有機械強度高、化學穩定性好、質子導電率高(較大水含量時)等優點，但其成本高、甲醇滲透率大等缺點，因此改性復合質子交換膜成為近年來的發展重要方向。無機酸作為質子導體對于質子交換膜的質子遷移速率具有十分優異的性能，由于無機酸的電離增加載流子數量，降低電解質膜對于水分含量的依賴性，簡化了燃料電池的結構。但無機酸對于非晶碳載體催化劑的腐蝕影響其性能和使用壽命。因此對于催化劑和載體的抗酸腐蝕的研究具有十分重要的實際意義。

中國發明專利申請號201610036436.5公開了一種高支化復合型質子交換膜及其制備方法，此發明首先制備高支化磺化聚芳醚，然后對其摻雜聚丙烯腈，制得高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈質子交換膜。聚丙烯腈作為彈性體聚合物添加到高支化磺化聚芳醚中，可以改善膜的力學性能、降低膜的甲醇滲透性。同時，聚丙烯腈的耐化學性好，特別是在無機酸、過氧化氫和一般的有機試劑中均具有良好的耐化學性，從而有效提高高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈質子交換膜的氧化穩定性。另外，由于高支化磺化聚芳醚和聚丙烯腈均可溶于極性溶劑中，采用物理混合攪拌的方法進行摻雜，便于操作，易于實現。最后通過溶液澆筑的方法成膜，可制得壽命長和機械強度高的復合型質子交換膜材料。

中國發明專利申請號200780048097.1公開了不易產生厚度不均和皺褶、凹凸的高分子電解質膜的制造方法。該高分子電解質膜的制造方法具有膜形成工序，使含離子性基團的高分子電解質的膜狀物形成于支撐體上；酸處理工序，使膜與含無機酸的酸性液接觸從而將離子性基團轉變為酸型；酸除去工序，除去酸處理膜中的游離的酸；以及干燥工序，將酸除去膜干燥，其中，在不將膜從支撐體剝離的情況下實施工序。

中國發明專利申請號201610018579.3公開了一種質子交換膜。該質子交換膜，包括由磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺濾液、雜多酸和二氧化鈦類流體的組合物制成。其有益效果是：此發明一種質子交換膜具有良好的流動性和加工性，此發明的二氧化鈦類流體與磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺濾液復合可以減弱質子傳導率的下降，有效降低復合質子交換膜的甲醇滲透率，提高質子交換膜的綜合性能，解決了Nafion膜用于DMFC時的甲醇滲透問題，質子電導率也沒有降低，滿足了DMFC用PEM的要求，既可用于直接甲醇燃料電池，也可以用于直接乙醇燃料電池等醇類燃料電池。