[發明專利]rGO-sPE2S離子選擇膜在鹽溶液燃料電池中的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010616016.0
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111740138A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 劉憲華;阿法
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M8/083
• 分類號: H01M8/083;H01M4/94
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了通過簡便合成方法，利用紅茶與檸檬汁一起還原氧化石墨烯，然后將rGO與sPES混合，壓制制備rGO?sPES2離子選擇膜，將其應用于鹽溶液燃料電池中，經測試搭載rGO?sPES2膜的鹽溶液燃料電池在室溫下的功率密度達到30mW/cm²，是搭載普通SPES膜的鹽溶液燃料電池的兩倍。結果表明，rGO?sPES2膜在燃料電池領域是一種具有光明前景的膜材料。

技術領域

本發明屬于離子選擇性透過膜燃料電池領域，涉及一種鹽溶液燃料電池的制備方法和用途。

背景技術

隨著經濟社會的快速發展，人們對環境保護和新能源的關注也在日益增大，造就了近年來可再生能源的研發技術的不斷發展。眾所周知，海洋為我們提供了許多清潔可再生能源，其中包括波浪能，潮汐能，鹽度差能和海洋熱能。在過去的幾十年中，人們基于膜技術，機械發動機和電化學裝置等技術，已經提出了多種方法利用海洋能來發電，但是幾乎所有這些技術都只專注于脫鹽或發電，效率較低。實際上，在這些海洋能的轉換過程中，不可避免地會產生不同形式的能量，比如海洋熱能。燃料電池作為一種具有巨大潛力的清潔環保能源，在過去的幾十年中受到了廣泛的關注，其中，離子交換膜燃料電池被認為是移動電話，微型計算機和其他小型家用設備的替代電源，但是由于其成本高和耐用性差，以及一些尚未解決的技術問題，導致目前商業應用較少。鑒于此我們通過實驗發現，使用離子交換膜的燃料電池在堿性條件下具有更大的優勢，更快的電動力學，材料穩定性更好以及可以廣泛選擇的的燃料底物。氧化石墨烯(GO)是一種具有高的表面積，出色的電子傳輸性能和機械性能的單原子材料，在材料研究領域具有重要的應用前景，由于其具有很好的親水性和pH敏感性，當氧化石墨烯(GO)原子薄碳片與聚合物基體結合時，可以顯著改善在極低摻雜濃度下基體聚合物的物理性能。為此我們開發成本低，效果好的離子選擇性透過膜燃料電池，對污染控制與新能源發展具有現實意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種rGO-sPES2膜在鹽溶液燃料電池中的應用。

本發明的第二個目的是提供一種GO和rGO-sPES膜的制備方法。

本發明的第三個目的是提供rGO-sPES膜通過反電滲析技術從鹽度中提取能量的應用。

本發明的技術方案概括如下：

用于燃料電池的rGO-sPES膜的制備方法包括以下步驟：

(1)按比例稱取30g-50g紅茶在70℃的100ml-200ml超純水中浸泡24小時，得到紅茶(BT)混濁液，隨后通過過濾裝置除去懸浮的顆粒，保存備用；

(2)石墨烯(GO)采用Hummer方法合成，將0.5g-2g的石墨烯加入40-100mL紅茶(BT)混濁液中并在室溫下放置18-24小時；

然后加入10-20ml的檸檬汁，攪拌2-4小時，得到氧化石墨烯，將其命名為rGO，放入冷凍干燥箱中進行冷凍干燥；

(3)按比例取0g-1.5g步驟(2)中獲得的rGO溶解在30-50ml的N，N二甲基乙酰胺中，超聲處理3-4小時；

按比例在所得溶液中加入2-6g的SPES聚合物，攪拌3-4小時，攪拌完成后將所得混合物超聲處理2-4小時，澆鑄壓制成膜，然后真空干燥，得到離子選擇性透過膜；

制備四張膜，分別命名為SPES，rGO-sPES 0.5，rGO-sPES，rGO-sPES 2；

(4)將所制備的四張膜放置于鹽溶液燃料電池(SFC)中，該電池由兩個隔室組成，一側放0.5M-2M的100ml氯化鈉溶液，另一側放入100ml的去離子水，通過電化學工作站測試燃料電池所產生的電流，電壓，功率密度等數據。

本發明的優點：

1.本發明的制備方法簡單易行。