[发明专利]一种聚糠基醇修饰燃料电池质子交换膜及其修饰方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种聚糠基醇改性燃料电池质子交换膜及其修饰方法。包括：a、分别将糠醇、氨糖、氯甲基甲醚制成溶胶状，依次均匀的涂布在Nafion膜两侧，得到复合膜层；b、将复合膜层在N₂保护下，采用微波辐照干燥，直至复合膜中各溶胶层固化；c、将固化后得到的复合膜在磷酸溶液中浸泡12～24h，取出，水洗，干燥，剥离表面残余凝胶，得到聚糠基醇修饰的燃料电池质子交换膜。本发明聚糠基醇修饰燃料电池质子交换膜的化学稳定性高，机械强度高，具有优异的导电率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种聚糠基醇改性燃料电池质子交换膜及其修饰方法。

背景技术

质子交换膜(Proton Exchange Membrane Fuel，PEM)是PEMFC的核心部件，PEM与一般化学电源中使用的隔膜有区别。质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取代动力源。用作PEM的材料应该满足以下条件：良好的质子电导率、水分子在膜中的电渗透作用小、气体在膜中的渗透性尽可能小、电化学稳定性好、干湿转换性能好、具有一定的机械强度、可加工性好、价格适当。

质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏直接影响电池的使用寿命。

迄今最常用的质子交换膜(PEMFC)仍然是美国杜邦公司的膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，目前PEMFC大多采用等全氟磺酸膜，国内装配PEMFC所用的PEM主要依靠进口。但类膜仍存在下述缺点：(1)制作困难、成本高，全氟物质的合成和磺化都非常困难，而且在成膜过程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解，使得成膜困难，导致成本较高；(2)对温度和含水量要求高，系列膜的最佳工作温度为70～90℃，超过此温度会使其含水量急剧降低，导电性迅速下降，阻碍了通过适当提高工作温度来提高电极反应速度和克服催化剂中毒的难题；(3)某些碳氢化合物，如甲醇等，渗透率较高，不适合用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜。

中国发明专利申请号201410025449.3公开了一种用于直接甲醇燃料电池的质子交换膜的改性方法。本发明公开了一种用于直接甲醇燃料电池的质子交换膜的改性方法，其包括如下步骤：用水热合成法制备纳米级和亚微米级Na-X沸石；将制备的Na-X沸石转化为NH₄-X 沸石；将制备的NH₄-X沸石按比例添加到Nafion溶液中，用溶液重塑法制备复合膜。该复合膜吸水性能、离子交换容量、质子导电性、甲醇渗透率均优于未改性的Nafion膜。例如，相比于未改性的Nafion膜，亚微米NH₄-X/Nafion复合膜的甲醇渗透率下降了一半多，其选择性提高到了未掺杂的3倍。

中国发明专利申请号200510010338.6公开了一种应用于微型直接甲醇燃料电池的质子交换膜的改性方法，改性方法主要包括两个部分：首先对Nafion膜进行伽玛射线照射处理，然后再对照射后的Nafion膜采用化学镀的方法在膜表面获得与膜结合力良好的极薄的金属钯膜。改性后的Nafion质子交换膜溶胀率降低，具有良好的质子传导性，耐甲醇渗透能力得到极大提高。使得用本发明进行改性处理的质子交换膜可用于微型直接甲醇燃料电池，可使微型甲醇燃料电池稳定性得到提高，有利于单体电池尺寸的进一步减小，促进微型液体进料直接甲醇燃料电池的实用化。