[發(fā)明專利]一種抗氧化劑、保水劑、混合物、改性燃料電池膜電極的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110256913B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊建濤;黃衡恢;王海江;李輝
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市通用氫能科技有限公司
• 主分類號: C09D127/18
• 分類號: C09D127/18;C09D7/61;C09D7/65;C09D7/63;H01M8/1004;H01M8/1039;H01M8/1048;H01M8/1051;H01M8/1088
• 代理公司: 深圳市韋恩肯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44375
• 代理人: 黃昌平

一種抗氧化劑、保水劑、混合物、改性燃料電池膜電極的制備方法。本發(fā)明公開了一種改性燃料電池膜電極制備方法，包括：將抗氧化劑或保水劑或具有抗氧化和保水功能的混合物制備出，將混合溶液備用；采用涂布裝置將步驟a得到的混合溶液涂覆于微孔增強膜的兩側(cè)，經(jīng)干燥處理，制備得到改性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜；將改性PEM膜制備燃料電池膜電極。還公開了抗氧化劑的配方及其制備方法、保水劑的配方及其制備方法、包含抗氧化劑和保水劑的混合物配方及制備方法，還公開了上述內(nèi)容在膜電極及燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明有效緩解了自由基導致的質(zhì)子交換膜的化學結(jié)構(gòu)降解現(xiàn)象，提升質(zhì)子交換膜的持久保水性能和提高質(zhì)子傳導率，還通過采用增強微孔膜提升了膜電極的機械性能，使膜電極的穩(wěn)定性增強和使用壽命延長。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池膜電極技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及還涉及一種抗氧化劑，一種保水劑，包含抗氧化劑和保水劑的混合物，一種改性燃料電池膜電極的制備方法，還涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)。

具體是，涉及用以提高PEM(質(zhì)子交換膜)的抗氧化性的自由基淬滅劑、用以提高PEM的保水能力的保水劑、用以提高CCM的機械性能的多孔基體支撐材料，以及將自由基淬滅劑、保水劑、多孔基體支撐材料(如微孔增強膜)應(yīng)用于PEM改性，并制備出改性的PEM膜，將改性的PEM應(yīng)用于燃料電池膜電極，并將燃料電池膜電極應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)上。

背景技術(shù)

燃料電池是一種電化學電池，其主要原理是將燃料和氧化劑中的化學能經(jīng)氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為燃料電池領(lǐng)域的重要分支，除了擁有燃料電池一般性特點如能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好之外，還具有室溫下啟動速度快、體積小、無電解液損失、容易排水、壽命長、比功率和比能量高等突出優(yōu)點。它不僅適用于分散式電站的建設(shè)，而且適用于移動供電。它是一種新型的軍用和民用移動電源。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

在申請人在其申請的其它專利中，提供了一種燃料電池膜電極制備方法，這種制備方法是對轉(zhuǎn)印法的重大改進，具有非常大優(yōu)勢和使用前景，對于推廣燃料電池技術(shù)意義非凡。在繼續(xù)研發(fā)過程中，申請人發(fā)現(xiàn)該制備方法還可以繼續(xù)改進，本案主要針對下面三個問題分別進行改進：

一、膜電極氧化問題

1.PFSA質(zhì)子交換膜具有優(yōu)異的質(zhì)子傳導能力、低燃料透過性。但是，PFSA質(zhì)子交換膜中的磺酸基團在溫度過高時不穩(wěn)定，而且在PEMFC實際使用過程中，PFSA質(zhì)子交換膜中的磺酸基團和主鏈及側(cè)鏈上的C-F鍵、C-O鍵容易受到自由基的攻擊而發(fā)生降解，導致PEMFC的耐久性降低。

2.質(zhì)子交換膜的衰減機理可分為三種：化學衰減，機械衰減，熱衰減。理論上質(zhì)子交換膜是不透過反應(yīng)氣體，但是在實際使用中，氫氣和空氣都會透過質(zhì)子交換膜，發(fā)生氣體滲透的現(xiàn)象。氣體滲透不僅會降低PEMFC的開路電壓以及性能，還會降低PEMFC的效率，更為嚴重的是氣體滲透會導致氫氣和空氣反應(yīng)生成H₂O₂，反應(yīng)機理如式：

H₂→2H^·

H^·+O₂→HOO^·

HOO^·+H⁺+e^-→H₂O₂

在PEMFC內(nèi)部存在金屬離子時，如Fe²⁺、Cu²⁺，金屬離子和H₂O₂反應(yīng)，使H₂O₂分解生成HO^·和HOO^·自由基，反應(yīng)機理如式：

H₂O₂+M^z+→M1^(z+1)++HO^·+OH^-