[发明专利]一种提高NAFION膜阻醇选择性的方法

说明书

本发明属于燃料电池材料技术领域，具体涉及一种提高NAFION膜阻醇选择性的方法。该方法是首先通过在石墨层间原位聚合聚苯胺获得所述聚苯胺/石墨复合材料，然后采用溶剂置换法将复合材料掺杂于NAFION膜中，制备获得NAFION改性质子膜。本发明方法制备的NAFION改性质子膜较无复合材料添加的原液膜电化学表现有明显提高，掺杂量为20％时质子电导率为0.061S/cm，掺杂量为30％时甲醇渗透率最低为1.07×10^‑6cm²/S。

技术领域

本发明属于燃料电池材料技术领域，具体涉及一种提高NAFION膜阻醇选择性的方法。

背景技术

燃料电池是一种能够将燃料的化学能转化为电能的高效率能量利用装置，又被称为电化学发电器。由于燃料电池发电时化学能转化为电能的过程中能量损失小，转化效率高，发电过程无明显噪声，几乎无有害废物产生，被誉为第四代发电技术。从能源节约和绿色生产角度看，燃料电池无疑是最具发展前景的发电技术。其中以甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池因甲醇安全可靠，储存方便，容易长距离运输等优点成为目前商业上最成功的的燃料电池。作为燃料电池最重要的组成部分之一的质子交换膜能够在很大程度上决定燃料电池性能的好坏。

目前的质子交换膜以全氟磺酸聚合物质子交换膜为主，其他成分的聚合物膜如聚苯并咪唑膜、磺化聚醚醚酮膜等也有很多的应用。全氟磺酸聚合物质子交换膜又以美国杜邦公司生产的NAFION系列质子交换膜最为成熟，但是NAFION膜价格昂贵，而且防渗性能较差，甲醇渗透率高，使用NAFION膜的燃料电池Pt催化剂容易中毒等缺陷限制了其进一步应用。

聚苯胺是一种典型的导电聚合物。其在电化学功能材料领域有着极为广泛的应用。其独特的质子酸掺杂过程使得聚苯胺具有传递质子的能力，然而单独存在的聚苯胺导电性不佳，循环稳定性差，使其不能在质子交换膜材料中发挥其传递质子的能力。

发明内容

针对现有NAFION质子交换膜成本较高，阻醇选择性差的缺点。本发明提出一种利用聚苯胺/石墨复合材料对NAFION质子膜进行掺杂改性的方法。本发明使用聚苯胺/石墨复合材料对NAFION膜进行掺杂改性，添加复合材料后，聚苯胺能够为质子传导提供不依赖水分子的新途径，使得NAFION膜的阻醇选择性得到一定提高，同时减少了NAFION的用量，降低了NAFION质子膜的制备成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高NAFION膜阻醇选择性的方法，其特征在于，采用聚苯胺/石墨复合材料对NAFION质子膜进行掺杂改性；首先通过在石墨层间原位聚合聚苯胺获得所述聚苯胺/石墨复合材料，然后采用溶剂置换法制备NAFION改性质子膜，以提高NAFION质子膜的阻醇选择性。

进一步地，所述聚苯胺/石墨复合材料的制备方法包括：

(1)将石墨粉放入到无水乙醇溶液中，超声清洗；

(2)将清洗过后的石墨粉烘干，加入到苯胺中超声吸附；

(3)将超声吸附后的石墨粉抽滤，用无水乙醇清洗3-5次；

(4)将步骤(3)清洗后的石墨粉加入到HCl/H₂SO₄混合酸溶液中，充分搅拌，边搅拌边加入K₂S₂O₈；待混合均匀后，保持恒温搅拌一定时间；

(5)恒温搅拌完毕后，抽滤烘干，得到聚苯胺/石墨复合材料，所述聚苯胺/石墨复合材料中聚苯胺的质量含量为0.5-1wt.％。

进一步地，步骤(1)中，超声清洗时间为10-15min；超声清洗的作用是洗去材料表层附着杂质。