[發明專利]一種水/氣分離傳輸的微孔層材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111169932.5
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113921832B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 李光;張晶晶;王彪;金俊弘;楊勝林
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

1.一種水/氣分離傳輸的微孔層材料，其特征在于，為具有中空結構的納米碳纖維；所述納米碳纖維的內表面具有親水性，所述納米碳纖維的外表面具有疏水性，所述納米碳纖維上分布有連通所述內表面與所述外表面的微孔；

水/氣分離傳輸的微孔層材料的制備方法為：首先制備皮層為聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物且芯層為聚甲基丙烯酸甲酯和鈦酸丁酯的混合物的皮芯復合納米纖維，然后對皮芯復合納米纖維進行預氧化處理，接著對預氧化處理的產物進行碳化處理至芯層和皮層中的聚甲基丙烯酸甲酯完全熱解，芯層中的鈦酸丁酯轉化為二氧化鈦原位沉積在纖維內表面，皮層中的聚丙烯腈轉化為碳，最后對碳化處理得到的產物外表面進行疏水處理，得到水/氣分離傳輸的微孔層材料；

皮芯復合納米纖維的制備過程為：先將聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯共同溶解于二甲基甲酰胺中，形成皮層溶液，同時將聚甲基丙烯酸甲酯和鈦酸丁酯共同溶解于二甲基甲酰胺中，形成芯層溶液，再將所述皮層溶液和所述芯層溶液進行同軸靜電紡絲，得到皮芯復合納米纖維；

所述皮層溶液中的總固體含量為15％～30％，所述皮層溶液中的聚丙烯腈與聚甲基丙烯酸甲酯的質量比為60:40～90:10；所述芯層溶液中的總固體含量為15％～30％，所述芯層溶液中的鈦酸丁酯與聚甲基丙烯酸甲酯的質量比為1:99～8:92；所述皮層溶液與所述芯層溶液的質量比為80～50:20～50。

2.根據權利要求1所述的水/氣分離傳輸的微孔層材料，其特征在于，所述納米碳纖維的平均外徑為100～1000納米，所述納米碳纖維的中空度為20％～60％，所述納米碳纖維的比表面積為150～250m²/g。

3.根據權利要求1所述的水/氣分離傳輸的微孔層材料，其特征在于，所述微孔的平均孔徑為10～100納米。

4.根據權利要求1所述的水/氣分離傳輸的微孔層材料，其特征在于，所述疏水處理采用聚四氟乙烯分散液；疏水處理后聚四氟乙烯在所述納米碳纖維表面的負載量為2wt％～20wt％；所述疏水處理的具體過程為：首先采用去離子水、異丙醇或者甲醇調節所述聚四氟乙烯分散液的濃度至10wt％～40wt％，然后噴涂在所述碳化處理得到的產物外表面，最后熱處理去除溶劑。

5.一種質子交換膜燃料電池微孔層，通過將含有微孔層材料的均勻漿料噴涂在碳紙上形成，其特征在于，所述微孔層材料為如權利要求1～3任一項所述的水/氣分離傳輸的微孔層材料。

6.一種質子交換膜燃料電池膜電極，其特征在于，包括如權利要求5所述的一種質子交換膜燃料電池微孔層。

7.一種質子交換膜燃料電池，其特征在于，包括如權利要求6所述的一種質子交換膜燃料電池膜電極。