[發(fā)明專利]一種氧化硅基燃料電池質(zhì)子交換膜及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811118617.8
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109301296A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)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: H01M8/124
• 分類號: H01M8/124;H01M8/1246
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種氧化硅基燃料電池質(zhì)子交換膜及制備方法。所述質(zhì)子交換膜由以下步驟制得：a、將正硅酸乙酯與去離子水混合形成溶膠狀氧化硅，調(diào)節(jié)pH值后加入β?Al₂O₃粉末，混合均勻后熱處理，制得氧化硅負載β?Al₂O₃的漿料；b、將漿料過濾，制得凝膠材料；c、將凝膠材料與固體磷酸粉末混合輥壓成膜，將Nafion樹脂均勻涂覆在薄膜兩側，熱處理后洗滌、烘干，制得氧化硅基燃料電池質(zhì)子交換膜。所述方法具有以下有益效果：本發(fā)明的制備中無機材料復合聚合物所需溫度低，工藝簡單，制備成本低，并且所得質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導中心β?Al₂O₃具有良好的分散性和抗腐蝕性能，所得膜材電導率高，應用前景好。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池領域，具體涉及質(zhì)子交換膜的制備，尤其是涉及一種氧化硅基燃料電池質(zhì)子交換膜及制備方法。

背景技術

燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能直接轉化為電能的新型裝置。由于能量轉換不受卡諾循環(huán)的限制，且附加產(chǎn)物無環(huán)境污染效應，滿足現(xiàn)代社會開辟新能源，減少對環(huán)境的污染的發(fā)展原則，因此燃料電池的研究及使用備受矚目。燃料電池發(fā)展至今，已有眾多種類，其中質(zhì)子交換膜燃料電池相比于其它類型的燃料電池而言，具有工作能量轉化效率高、無廢氣排放、溫度低、啟動快等特點，因此被公認為是解決當下能源危機和環(huán)境污染的最具前景的方案之一，特別是交通運輸、移動電源等方面極具應用前景。

以Nafion膜為代表的磺酸離子交聯(lián)聚合物具有高離子選擇透過性，是目前商業(yè)化最成熟的質(zhì)子交換膜。但仍然存在很多缺點。其一是價格昂貴，原料的磺化與氟化工藝非常復雜，制備成本極高；其二是膜材的使用環(huán)境相對苛刻，需要在100℃以下和適宜的濕度范圍進行工作，一旦溫度過高和水分含量過大，會導致膜材的質(zhì)子電導率明顯降低并發(fā)生溶脹和降解，與催化劑層脫落導致膜電極損壞，其機械性能、穩(wěn)定性和燃料透過性難以滿足高溫下的應用。作為質(zhì)子交換膜的分支，無機材料可以作為添加劑或主要成分參與質(zhì)子交換膜的改性。親水型的無機氧化物如SiO₂、ZrO₂、TiO₂等物質(zhì)添加至聚合物質(zhì)子交換膜中可以有效提高質(zhì)子交換膜在低濕條件下的保水能力和熱穩(wěn)定性。

專利申請?zhí)?01711369923.4公開了一種燃料電池用無機粒子復合型質(zhì)子交換膜及其制備方法，屬于高分子化學和質(zhì)子交換膜燃料電池領域。該質(zhì)子交換膜按重量份包括如下組分：含有磺化聚醚醚酮：93~99重量份；含有氨基化介孔二氧化硅：1~7重量份。

專利申請?zhí)?01611037000.4公開了一種燃料電池用有機-無機復合型高溫質(zhì)子交換膜及其制備方法，屬于高分子化學和高溫質(zhì)子交換膜燃料電池領域。該質(zhì)子交換膜按重量份包括：離子液體功能化二氧化硅前驅體3~12重量份；含有硅氧烷側基的聚苯并咪唑88~97重量份。

專利申請?zhí)?01310228097.7公開了一種燃料電池用有機-無機復合質(zhì)子交換膜的制備方法，該方法首先將碳納米管經(jīng)氧化處理，然后通過溶膠-凝膠法制備二氧化硅包覆的碳納米管，再將二氧化硅包覆的碳納米管分散液與磺化聚合物的分散液共混，進行溶液澆鑄成膜。所制得的復合質(zhì)子交換膜具有高吸水、高阻醇性能。

專利申請?zhí)?00910013253.1公開了一種燃料電池用保水型質(zhì)子交換膜的制備方法，包括在膨體聚四氟乙烯微孔薄膜的表面涂敷全氟磺酸樹脂溶液，其制備方法包括：通過浸漬的方式，使全氟磺酸樹脂成份和二氧化硅成份，填充到膨體聚四氟乙烯微孔薄膜的微孔中，通過噴涂全氟磺酸樹脂成份和二氧化硅成份的方式，控制復合質(zhì)子交換的厚度即可。

由此可見，現(xiàn)有技術中利用無機氧化物等無機填料作對質(zhì)子交換膜進行改性的方法，雖然可以通過磺化提高膜材的整體電導率，但工藝非常復雜且磺化溫度較高，對于膜材中的固體聚合物影響較大，限制了其發(fā)展應用。

發(fā)明內(nèi)容