[發明專利]一種殼聚糖復合膜、以及燃料電池

在審

• 申請號: 202110195007.3
• 申請日: 2021-02-20
• 公開（公告）號: CN113087950A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 胡富強;吳思龍;龔春麗;劉海;鐘菲;汪杰;屈婷;倪靜
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L5/08;C08K9/10;C08K3/04;C08K9/06;C08K3/36;H01M8/1025;H01M8/1048;H01M8/1069
• 代理公司: 深圳市世紀恒程知識產權代理事務所 44287
• 代理人: 謝閱

本發明公開一種殼聚糖復合膜、以及燃料電池，該制備方法包括以下步驟：S10、制備酸化碳納米管；S20、將酸化碳納米管表面包覆二氧化硅，得到二氧化硅包覆的碳納米管；S30、將二氧化硅包覆的碳納米管中的二氧化硅進行磺酸化改性，得到改性二氧化硅包覆的碳納米管；S40、將改性二氧化硅包覆的碳納米管與殼聚糖溶液制成殼聚糖復合膜。將碳納米管與殼聚糖復合改性，提升了殼聚糖復合膜的機械性能和質子傳導性能；對碳納米管表面包覆二氧化硅，進一步提升了質子傳導性能和機械性能，此外，表面包覆避免了因碳納米管優異的導電性引起的短路風險；通過有機磺酸化處理，更進一步的提升了傳導性能和機械性能，使殼聚糖復合膜能滿足質子交換膜燃料電池的應用需求。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別涉及一種及其制備方法。

背景技術

殼聚糖(Chitosan,CS)作為一種天然高分子材料，具有如下特點：1)來源豐富、價格低廉、環境友好；2)具有良好的親水性；3)甲醇滲透率低、易于成膜；4)骨架結構易于進行化學改性。這些特征使其在質子交換膜領域具備很好的應用潛能。但純殼聚糖膜機械性能較差，而且由于結構中極易形成的分子內及分子間氫鍵，使膜中存在較高比例的剛性結晶區域，離子在膜中遷移困難，導致傳導性能不盡如人意。

因此，為了提升殼聚糖的綜合性能，研究者對殼聚糖進行了廣泛的改性研究，其中有機-無機復合改性策略備受研究者的青睞，粘土材料、無機酸材料、金屬氧化物及碳納米材料被廣泛應用于殼聚糖的改性研究。其中，一維碳納米管(CNT)具有極大的長徑比、優異的導熱及力學性能，在合適的填充量下能實現復合材料相關性能的顯著提升，同時不會影響材料本身的加工性能及柔韌性。然而由于碳納米管自身不溶性、表面化學惰性且比表面積極大，在有機聚合物基體中易團聚、與聚合物基體界面粘結強度低、分散性差，碳納米管直接與聚合物進行復合效果不盡如人意，從而影響了作為質子交換膜的復合膜的綜合性能。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種殼聚糖復合膜、以及燃料電池，旨在解決現有作為質子交換膜的有機-無機復合改性材料的綜合性能較差的問題。

為實現上述目的，本發明提出一種殼聚糖復合膜，包括以下步驟：

S10、制備酸化碳納米管；

S20、將所述酸化碳納米管表面包覆二氧化硅，得到二氧化硅包覆的碳納米管；

S30、將所述二氧化硅包覆的碳納米管中的所述二氧化硅進行磺酸化改性，得到改性二氧化硅包覆的碳納米管；

S40、將所述改性二氧化硅包覆的碳納米管與殼聚糖溶液制成殼聚糖復合膜。

可選地，步驟S10具體包括：

將碳納米管加入酸溶液中，并加熱攪拌回流，得到混合液，將所述混合液稀釋，然后分離出所述混合液中的固體產物，將所述固體產物洗滌、干燥，得到酸化碳納米管。

可選地，步驟S20具體包括：

將所述酸化碳納米管加入溶液中，分散均勻后得到溶液A，將硅源加入所述溶液A，并攪拌均勻，得到含有固體物的溶液B，分離出所述固體物，即得到二氧化硅包覆的碳納米管。

可選地，所述酸化納米管和所述硅源的質量比為(1～2)：(5～10)。

可選地，步驟S30具體包括：

S31、將所述二氧化硅包覆的碳納米管加入溶液中，分散均勻后得到溶液C，調節所述溶液C的pH至9～10，將(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷溶液加入所述溶液C，并混合均勻，然后洗滌、干燥，得到產物D；

S32、將所述產物D加入過氧化氫溶液中，在40～60℃下反應，反應結束后，得到含有沉淀物的混合液E，將所述沉淀物洗滌、干燥，得到改性二氧化硅包覆的碳納米管。