[发明专利]一种甲醇燃料电池用液态金属复合质子交换膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种甲醇燃料电池用液态金属复合质子交换膜及制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明一种甲醇燃料电池用液态金属复合质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：a、将磺化聚醚醚酮粉碎成细微粉；b、将铋锡合金和磷钨酸钠在120～150℃混合，再将细微粉磺化聚醚醚酮加入，在高压热气流冲击下分散均匀，然后经高压喷涂成膜，脱膜、热压定型得到液态金属复合质子交换膜。本发明制得的甲醇燃料电池用液态金属复合质子交换膜，通过在质子交换膜中分散复合铋锡液态金属，该液态金属在120～150℃时呈液态，能够在120～150℃的高温状态修复抑制膜的溶胀，通过铋锡液态金属，使得质子交换膜在高温下自修复,达到阻醇透的目的。

技术领域

本发明涉及一种甲醇燃料电池用液态金属复合质子交换膜及制备方法，属于燃料电池技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H⁺的介质，只允许H⁺通过，而H₂失去的电子则从导线通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。质子交换膜燃料电池使用固体聚合物（质子交换膜）作为电解质，通过含有铂或者铂合金催化剂的多孔碳作为电极，由于其主要采用氢气作为燃料，因此又被成为氢燃料电池。与其他燃料电池相比，质子交换膜燃料电池可以在相对较低的温度（大约80℃）下运行，使得其能够更快的启动。

申请号为200910138859.8的中国专利公开了一种用于燃料电池用途的新型质子交换膜。其中质子传导接枝聚合物至少包含共价连接到疏水全氟环丁烷聚合物主链上的磺化聚合物侧链的结构单元。该磺化缩合聚合物侧链具有高的局部离子交换容量,而主聚合物链基本不含磺酸基。由该接枝聚合物制成的膜可以在宽范围的湿度和温度下提供良好机械性能和高的质子电导率。

申请号为201010524793.9的中国专利公开了一种燃料电池用磺酰胺型阴离子交换膜及其制备方法。它是以芳香聚合物或Nafion作为基底材料，于芳香聚合物的苯环上或Nafion的侧链上引入磺酰胺取代基，成膜后碱化，获得具有阴离子传导功能的交换膜。该方法相对于已有的方法具有更工艺简单、绿色环保，且成本低廉。所得阴离子膜具有较高的离子交换容量、电导率、稳定性和机械强度，所组装的直接水合肼/氧气燃料电池(DHFC)的最大输出功率密度介于50-120mW/cm²。

申请号为201210108967.2的中国专利公开了一种燃料电池用高性能复合质子交换膜的制备方法，通过对Nafiton膜进行添加改性膨润土、磺化聚苯并咪唑和磺化苯基磷酸钠，以及喷涂PtRu/碳纳米纤维，制备得到的质子交换膜无论是从常温还是高温下电导率、阻醇性能还是机械强度上，都具有明显的优势，保证了燃料电池电化学性能稳定和良好的电化学效果。本发明操作简单，制备方便，具有良好的应用前景。

申请号为201210097525.2的中国专利公开了一种Pd-Nafion复合膜的阻醇改性制备方法。本发明采用浸渍还原处理方法，进一步降低Nafion膜的甲醇渗透，提高了质子传导率，从而提高了DMFC的性能，具体方法为：将经过前处理的Nafion膜浸泡于含有Pd离子的溶液中，在Nafion膜的两侧施加电场；将浸渍完的Nafion膜取出，在含有还原剂的溶液中浸泡，使得Pd离子还原成Pd原子；最后将Pd-Nafion复合膜置于硫酸溶液中，使其转变为H+形态。本发明所述方法具有操作方便快捷、易于控制的优点。