[發(fā)明專利]一種耐氧化型陽離子交換膜、其制備方法及耐氧化型膜電極在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210695770.7 | 申請日： | 2022-06-20 |
| 公開（公告）號： | CN114976166A | 公開（公告）日： | 2022-08-30 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 吳亮;沈先河;徐銅文;梁銑;劉小菏 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號： | H01M8/1072 | 分類號： | H01M8/1072;H01M8/1004;H01M8/1041;H01M8/1051;H01M8/1067 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 氧化 陽離子 交換 制備 方法 電極 | ||
本發(fā)明提供了一種耐氧化型陽離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：A)在超聲條件下，將導(dǎo)電聚合物單體與鹽酸溶液混合，得到聚合物單體溶液；B)將高錳酸鉀加入所述聚合物溶液中，得到混合溶液；C)將陽離子交換膜的兩側(cè)分別加入混合溶液和與步驟A)中同濃度的鹽酸溶液，進行原位生長，得到耐氧化型陽離子交換膜。本發(fā)明中的自由基淬滅層的疏松多孔結(jié)構(gòu)，可以與催化劑層的疏松結(jié)構(gòu)具有更大的接觸面積，使二者結(jié)合更加緊密，減小氫離子的傳質(zhì)阻力，從而提升電池效率；同時自由基淬滅層的存在可以達到良好的自由基清除效果，提升燃料電池穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供了一種耐氧化型陽離子交換膜和耐氧化型膜電極。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐氧化型陽離子交換膜、其制備方法即耐氧化型膜電極。
背景技術(shù)
陽離子交換膜是對陽離子具有選擇性作用的膜，其離子交換基團多采用磺酸基團，并存在對應(yīng)的可解離離子，故其可以看做一種高分子電解質(zhì)。由于陽膜中的離子交換基團帶負電，故帶有正電荷的陽離子在外電場的作用下可以通過陽膜，而陰離子因為同性排斥而不能通過，所以具有選擇透過性。目前陽離子交換膜在燃料電池、電滲析、廢水處理等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。
然而，在燃料電池的應(yīng)用中，燃料電池在運行過程中會由于電極處的四電子反應(yīng)不完全導(dǎo)致兩個電極處以不同形式產(chǎn)生自由基，其中陰極側(cè)氧氣與質(zhì)子的不完全反應(yīng)生成過氧化氫，過氧化氫的會進一步反應(yīng)生成羥基自由基和過氧化氫自由基，而在陽極側(cè)氫氣會在催化劑層中生成氫自由基，氫自由基會有部分穿過膜層與陰極的氧氣結(jié)合生成過氧化氫自由基，其中部分過氧化氫自由基會與氫離子反應(yīng)生成過氧化氫，并進一步發(fā)生與陽極側(cè)相同的反應(yīng)生成羥基自由基和過氧化氫自由基，這些自由基會進攻陽離子交換膜中一些脆弱的位點從而導(dǎo)致膜的降解。目前膜穩(wěn)定性不高需要經(jīng)常更換以及高穩(wěn)定性膜的價格昂貴也是導(dǎo)致燃料電池成本高的原因之一。所以相對廉價、穩(wěn)定性高的膜電極或許是解決燃料電池高成本問題的一個解決方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐氧化型陽離子交換膜、其制備方法即耐氧化型膜電極。本發(fā)明中的耐氧化型陽離子交換膜制備成本低廉，且穩(wěn)定性好。
本發(fā)明提供一種耐氧化型陽離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：
A)在超聲條件下，將導(dǎo)電聚合物單體與鹽酸溶液混合，得到聚合物單體溶液；
B)將高錳酸鉀加入所述聚合物溶液中，得到混合溶液；
C)將陽離子交換膜的兩側(cè)分別加入混合溶液和與步驟A)中同濃度的鹽酸溶液，進行原位生長，得到耐氧化型陽離子交換膜。
優(yōu)選的，所述導(dǎo)電聚合物單體包括吡咯和/或苯胺；
所述聚合物單體溶液中導(dǎo)電聚合物單體的濃度為10～50mg/mL。
優(yōu)選的，所述鹽酸溶液的濃度為30～50mg/mL。
優(yōu)選的，所述導(dǎo)電聚合物單體與高錳酸鉀的摩爾比為1：(1～3)。
優(yōu)選的，所述步驟A)中導(dǎo)電聚合物單體與鹽酸溶液在超聲條件下混合30～60min。
優(yōu)選的，所述陽離子交換膜為磺酸型陽離子交換膜。
優(yōu)選的，所述原位生長的溫度為4～8℃；所述原位生長的時間為3～20小時。
本發(fā)明提供如上文所述的制備方法制備得到的耐氧化型陽離子交換膜，包括陽離子交換膜和原位生長在所述陽離子交換膜表面的聚合物層；
所述聚合物層包括聚合物和包覆在聚合物內(nèi)的二氧化錳顆粒。
優(yōu)選的，所述聚合物層的厚度為0.5～1.5μm。
本發(fā)明提供一種耐氧化型膜電極，包括上文所述的耐氧化型陽離子交換膜。
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