[实用新型]用于200-400℃燃料电池的质子交换膜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种离子交换膜，特别是涉及一种用于200-400℃燃料电池的质子交换膜。 

背景技术

燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有发电效率高、环境污染少等优点，其以优异的性能以及对环境很少的污染等特性被称为是第四代发电技术，近十几年以来以欧美为首的各国政府、各大汽车公司以及研究机构都投入巨资来探索与实践燃料电池的商业化应用，掀起了燃料电池商业化的研发热潮。 

全球燃料电池的发展目前陷入了困境。从现在的技术状态与存在的问题来看，普遍认为寿命与成本是困扰其商业化的瓶颈，而材料问题是燃料电池寿命与成本的核心问题。只有对材料进行根本性的变革，才可能会带来燃料电池寿命的大幅度提高。此外，成本也是制约燃料电池商业化的瓶颈之一。 

然而，现有技术中的燃料电池用复合性阴离子交换膜的工作温度低的问题，由于目前氢气贮存问题还没有得到解决，因此，不适用于可以用其他廉价燃料来代替氢气；此外，在较底的温度下，必须使用铂金属作催化剂，因此，成本较高；进一步，低温燃料电池存在酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲(乙)醇等廉价燃料、可用廉价的镍催化剂、可以使用不锈钢做双极板、可提高燃料电池寿命的用于200-400℃燃料电池的质子交换膜。 

为解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：一种用于200-400℃燃料电池的质子交换膜，其特征在于：包括具有多个孔隙的基膜，在所述孔隙内填充有质子传导材料。 

进一步，所述基膜的孔隙率大于70％。 

进一步，所述基膜为聚四氟乙烯膜或聚酰亚胺膜。 

本实用新型中的质子交换膜由于工作在200-400℃，因此，可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲(乙)醇等廉价燃料，使燃料选择多样性；还可用廉价的镍催化剂，从而降低了成本；在此温度下，可以使用不锈钢做双极板，从而避免了低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题，既解决了对双极板的耐腐蚀性的问题，同时又不像高温固体氧化物那样必须使用耐高温的陶瓷，因此，进一步降低了成本；最后，无机固体物电解质为质子传导材料可以克服目前聚合物为质子传导材料的降解问题，使燃料电池的寿命大幅度提高。 

附图说明

图1是本实用新型中的用于200-400℃燃料电池的质子交换膜的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。 

如图1所示，所述用于200-400℃燃料电池的质子交换膜包括具有多个孔隙2的基膜1，在所述孔隙2内填充有由含有鋯和硅的无机固体物电解质构成的质子传导材料。由于采用无机固体物电解质作为质子传导材料，因此可以克服目前以聚合物作为质子传导材料的降解问题，使燃料电池的寿命大幅度提高。 

优选地，所述基膜1的孔隙率大于70％，进一步，优选地，所述孔隙率为 80％。 

优选地，所述基膜1为聚四氟乙烯膜或聚酰亚胺膜。 

下面通过一个实施例来进一步说明本实用新型中的质子交换膜的制作过程。 

(1)将5克ZrOCl₂溶于10ml水形成第一溶液。 

(2)将5克正硅酸乙酯溶于乙醇形成第二溶液。 

(3)将一块孔隙率大于70％的聚四氟乙烯膜或聚酰亚胺膜伸开固定，平放在玻璃板上，加入少量乙醇将其完全浸润。 

(4)将第一溶液滴加到聚四氟乙烯膜或聚酰亚胺膜的孔隙里，使聚四氟乙烯膜或聚酰亚胺膜完全浸在溶液中，在一定温度下蒸发至溶液固体析出，从而形成第一膜。 

(5)然后，将第一膜完全浸在第二溶液中，蒸发至溶液固体析出，得第二膜。 

(6)将第二膜按步骤4-5进行重复操作数次，使孔隙内充满含鋯和硅的固体物，得到第三膜。 

(7)将第三膜完全浸泡在磷酸中，然后将其取出，并除去膜表面的磷酸。然后在300-400度下加热，待膜干燥后，取出重复操作数次，使孔隙内含鋯和硅的固体物与磷酸充分反应，即得到本实用新型中所述的质子交换膜。 

本实用新型中的质子交换膜的拉伸强度可达1MPa以上，离子电导率可达0.1S/cm。可用于聚合物电解质膜燃料电池，单电池开路电压大于0.7V、电池内阻小于1欧姆/cm²。