[发明专利]rGO-sPE2S离子选择膜在盐溶液燃料电池中的制备方法及应用

说明书

本发明公开了通过简便合成方法，利用红茶与柠檬汁一起还原氧化石墨烯，然后将rGO与sPES混合，压制制备rGO‑sPES2离子选择膜，将其应用于盐溶液燃料电池中，经测试搭载rGO‑sPES2膜的盐溶液燃料电池在室温下的功率密度达到30mW/cm²，是搭载普通SPES膜的盐溶液燃料电池的两倍。结果表明，rGO‑sPES2膜在燃料电池领域是一种具有光明前景的膜材料。

技术领域

本发明属于离子选择性透过膜燃料电池领域，涉及一种盐溶液燃料电池的制备方法和用途。

背景技术

随着经济社会的快速发展，人们对环境保护和新能源的关注也在日益增大，造就了近年来可再生能源的研发技术的不断发展。众所周知，海洋为我们提供了许多清洁可再生能源，其中包括波浪能，潮汐能，盐度差能和海洋热能。在过去的几十年中，人们基于膜技术，机械发动机和电化学装置等技术，已经提出了多种方法利用海洋能来发电，但是几乎所有这些技术都只专注于脱盐或发电，效率较低。实际上，在这些海洋能的转换过程中，不可避免地会产生不同形式的能量，比如海洋热能。燃料电池作为一种具有巨大潜力的清洁环保能源，在过去的几十年中受到了广泛的关注，其中，离子交换膜燃料电池被认为是移动电话，微型计算机和其他小型家用设备的替代电源，但是由于其成本高和耐用性差，以及一些尚未解决的技术问题，导致目前商业应用较少。鉴于此我们通过实验发现，使用离子交换膜的燃料电池在碱性条件下具有更大的优势，更快的电动力学，材料稳定性更好以及可以广泛选择的的燃料底物。氧化石墨烯(GO)是一种具有高的表面积，出色的电子传输性能和机械性能的单原子材料，在材料研究领域具有重要的应用前景，由于其具有很好的亲水性和pH敏感性，当氧化石墨烯(GO)原子薄碳片与聚合物基体结合时，可以显着改善在极低掺杂浓度下基体聚合物的物理性能。为此我们开发成本低，效果好的离子选择性透过膜燃料电池，对污染控制与新能源发展具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种rGO-sPES2膜在盐溶液燃料电池中的应用。

本发明的第二个目的是提供一种GO和rGO-sPES膜的制备方法。

本发明的第三个目的是提供rGO-sPES膜通过反电渗析技术从盐度中提取能量的应用。

本发明的技术方案概括如下：

用于燃料电池的rGO-sPES膜的制备方法包括以下步骤：

(1)按比例称取30g-50g红茶在70℃的100ml-200ml超纯水中浸泡24小时，得到红茶(BT)混浊液，随后通过过滤装置除去悬浮的颗粒，保存备用；

(2)石墨烯(GO)采用Hummer方法合成，将0.5g-2g的石墨烯加入40-100mL红茶(BT)混浊液中并在室温下放置18-24小时；

然后加入10-20ml的柠檬汁，搅拌2-4小时，得到氧化石墨烯，将其命名为rGO，放入冷冻干燥箱中进行冷冻干燥；

(3)按比例取0g-1.5g步骤(2)中获得的rGO溶解在30-50ml的N，N二甲基乙酰胺中，超声处理3-4小时；

按比例在所得溶液中加入2-6g的SPES聚合物，搅拌3-4小时，搅拌完成后将所得混合物超声处理2-4小时，浇铸压制成膜，然后真空干燥，得到离子选择性透过膜；

制备四张膜，分别命名为SPES，rGO-sPES 0.5，rGO-sPES，rGO-sPES 2；

(4)将所制备的四张膜放置于盐溶液燃料电池(SFC)中，该电池由两个隔室组成，一侧放0.5M-2M的100ml氯化钠溶液，另一侧放入100ml的去离子水，通过电化学工作站测试燃料电池所产生的电流，电压，功率密度等数据。

本发明的优点：

1.本发明的制备方法简单易行。