[发明专利]一种高性能汽车氢燃料电池用纳米复合粉体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能汽车氢燃料电池用纳米复合粉体材料，以重量份计，其制备原料包括：双层聚合物包覆纳米氧化铝，所述双层聚合物包覆纳米氧化铝以纳米氧化铝为内核，且由内而外，依次包覆有磺化聚醚胺层以及聚醚胺‑超支化聚吡咙共聚物层；聚醚胺包覆碳纳米管；以及4‑(2‑溴乙基)苯磺酸改性氧化石墨烯。本发明还公开了高性能汽车氢燃料电池用纳米复合粉体材料的制备方法。

技术领域

本发明属于纳米粉体技术领域，更具体地，本发明涉及一种高性能汽车氢燃料电池用纳米复合粉体材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的不断发展，氢燃料电池的需求量不断增加。质子交换膜是燃料电池的核心部件，其一般使用磺化聚合物制备得到（如Nafion117），但其强度不高、低湿度条件下电导率低以及尺寸稳定性不好的问题，大大影响了燃料电池的使用寿命。现有技术中，常常通过添加无机纳米材料，如纳米二氧化硅，来提高膜的稳定性，但常常导致膜的电导率下降以及强度的丧失。

因此，非常需要通过配方改进，制备一种高性能汽车氢燃料电池用纳米复合粉体材料，例如纳米氧化铝材料，尤其是片状纳米氧化铝材料（含勃姆石）的加入可在提高膜稳定性的同时，提高膜的电导率以及强度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种高性能汽车氢燃料电池用纳米复合粉体材料，以重量份计，其制备原料包括：

100重量份的双层聚合物包覆纳米氧化铝，所述双层聚合物包覆纳米氧化铝以纳米氧化铝为内核，且由内而外，依次包覆有磺化聚醚胺层以及聚醚胺-超支化聚吡咙共聚物层；

10-30重量份的聚醚胺包覆碳纳米管；

以及20-50重量份的4-(2-溴乙基)苯磺酸改性氧化石墨烯。

在一种实施方式中，所述纳米氧化铝为纳米片状氧化铝。

在一种实施方式中，所述纳米氧化铝为纳米勃姆石。

在一种实施方式中，所述纳米氧化铝的粒径为10-1000纳米。

在一种实施方式中，所述磺化聚醚胺层的厚度为10-100纳米。

在一种实施方式中，所述磺化聚醚胺由以下方法制备而成：

在1000mL干燥的三颈瓶中，依次加入100克的环氧树脂E51、0.255mol的苄胺和500克二甲基亚砜，通氮气保护并磁力搅拌；室温搅拌1h后，升温80℃反应4h, 反应结束后，降至室温，并迅速倒入150mL去离子水中，得到大量固体沉淀；用去离子水反复洗涤该产物后，抽滤并收集聚合物，于真空烘箱中，60℃干燥20 小时，得到聚醚胺；

在100mL干燥的三颈瓶中，依次加入1克的上述聚醚胺以及10mL的质量分数98%的浓硫酸，在氮气保护下，25℃下搅拌60min后，倒入冰水中，用冰水反复洗涤该产物后，抽滤并收集聚合物，于真空烘箱中，80℃干燥24小时即得磺化聚醚胺。

在一种实施方式中，所述聚醚胺-超支化聚吡咙共聚物层的厚度为10-100纳米。

在一种实施方式中，所述聚醚胺-超支化聚吡咙共聚物由以下方法制备而成：

（1）制备氨基封端聚醚胺

在1000mL干燥的三颈瓶中，依次加入95克的环氧树脂E51、0.26mol的苄胺和700克二甲基亚砜，通氮气保护并磁力搅拌；室温搅拌1h后，升温95℃反应6h，反应结束后，降至室温，并迅速倒入2000mL去离子水中，得到大量固体沉淀；用去离子水反复洗涤该产物后，抽滤并收集聚合物，于真空烘箱中，50℃干燥24小时，得到氨基封端聚醚胺；

（2）制备超支化聚吡咙