[發明專利]改性無機納米粒子、聚合物混合漿料、復合膜及制備方法

在審

• 申請號: 202010056882.9
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111100328A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 黃衡恢;樊建濤;張立;徐姣艷;楊成
• 申請（專利權）人: 深圳市通用氫能科技有限公司
• 主分類號: C08K3/22
• 分類號: C08K3/22;C08K3/34;C08K9/04;C09D127/18;C09D7/62;H01M8/1004;H01M8/1041;H01M8/1069;H01M8/1081;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市韋恩肯知識產權代理有限公司 44375
• 代理人: 黃昌平

本發明公開了一種改性無機納米粒子、聚合物混合漿料、復合膜及制備方法，該改性無機納米粒子包括：無機納米粒子，其表面具有多個均勻分布的親水性基團；多個膦酸基團，其均勻分布在所述無機納米粒子的表面。通過這種方式，本發明能夠防止團聚現象，保證質子交換膜具有持久保水能力和低濕度條件下提高質子傳導率的作用。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種改性無機納米粒子、聚合物混合漿料、復合膜及改性無機納米粒子、聚合物混合漿料、復合膜的制備方法。

背景技術

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氧化還原反應直接轉化為電能。質子交換膜燃料電池(PEMFC，Proton Exchange Membrane FuelCell)作為燃料電池領域的重要分枝，除了擁有燃料電池一般性特點如能量轉換效率高、環境友好之外，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點。因此，質子交換膜燃料電池具有非常廣闊的應用前景。

膜電極(MEA，Membrane Electrode Assembly)是質子交換膜燃料電池的核心部件，質子交換膜是膜電極的核心部件之一。在質子交換膜內部，水的含量及電解質基團的質子親和力對質子傳導率具有決定性作用。在燃料電池運行過程中，反應生成的水和加濕氣體所含水的擴散滲透共同作用實現膜中水的平衡。目前燃料電池使用中，絕大部分是采用增濕器來保持質子交換膜濕潤，增濕器的引入，增加燃料電池的復雜性，也容易出現水淹現象。燃料電池在無外增濕情況下，可采用添加保水性物質來增加膜的反擴散作用及提高質子交換膜中的水含量。

但是，本申請的發明人在長期的研發過程中發現，常用的保水性物質或者容易團聚，或者影響質子交換膜的性能，并且不具備傳導質子能力，在低濕度或高溫條件下，其保水能力有限。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種改性無機納米粒子、聚合物混合漿料、復合膜及改性無機納米粒子、聚合物混合漿料、復合膜的制備方法，能夠防止團聚現象，保證質子交換膜具有持久保水能力和低濕度條件下提高質子傳導率的作用。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種改性無機納米粒子，包括：無機納米粒子，其表面具有多個均勻分布的親水性基團；多個膦酸基團，其均勻分布在所述無機納米粒子的表面。

其中，每個所述膦酸基團是通過膦酸小分子物質與所述無機納米粒子的親水性基團發生膦酸酯化、膦酰胺化反應或除所述膦酸酯化和膦酰胺化反應外的其他反應而連接到所述無機納米粒子的表面的；所述膦酸小分子物質包括二乙烯三胺五甲叉膦酸、羥基亞乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、膦酰基丁烷三羧酸中的至少一種；所述親水性基團是羥基或者氨基；所述無機納米粒子包括氧化硅、氧化鈦、氧化鈰中的至少一種。

為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是：提供一種聚合物混合漿料，包括：均勻分散的聚合物和如上任一項所述的改性無機納米粒子。

為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是：提供一種一種復合膜，所述復合膜是利用如上所述聚合物混合漿料制備得到的。

為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是：提供一種改性無機納米粒子的制備方法，包括：提供無機納米粒子，提供膦酸小分子物質；使所述無機納米粒子和所述膦酸小分子物質在催化劑的作用下進行反應，進而得到改性無機納米粒子。