[发明专利]一种无机酸配合物燃料电池质子交换膜及催化剂和载体

说明书

本发明提供了一种无机酸配合物燃料电池质子交换膜及催化剂和载体。将苯胺、氨基三亚甲基膦酸加入水中混合，加入过硫酸铵溶液反应后涂覆成膜，得到聚苯胺薄膜，浸渍于无机酸和硫酸铵的混合氧化液中吸附并压延干燥得到聚合物配合无机酸质子交换膜；以镍基水合硝酸盐为原料，使用铜和铁的硝酸盐为助剂，加入硼氢化钠，以疏水活性炭纸为载体，即得得燃料电池催化剂层。该方法无机酸与聚苯胺凝胶膜复合成电解质膜，显著改善了质子交换膜对水分的依赖性小，同时催化剂及载体具有较强的疏水性，可有效减少水分和酸对于催化剂/载体的腐蚀，抗酸腐蚀能力强，催化活性好，循环性能佳且使用寿命长。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及质子交换膜及催化剂和载体的制备，特别是涉及一种无机酸配合物燃料电池质子交换膜及催化剂和载体。

背景技术

燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应的方式将燃料和氧化剂中的化学能高效率地、环境友好地转化为电能的高效发电装置。其中质子交换膜燃料电池由于具有能量转化率高、功率密度高、启动快和无污染等优点，成为近几年发展最快的一类燃料电池，成为燃料电池研究工作中的热点。

质子交换膜是质子交换燃料电池的核心组件，它在燃料电池中所起的作用是双重的：作为电解质提供氢离子通道，作为隔膜隔离两极反应气体。质子交换膜是燃料电池的技术关键，其性能的优劣直接影响着燃料电池的工作性能、成本和应用前景。目前最常用的是全氟磺酸膜，其具有机械强度高、化学稳定性好、质子导电率高(较大水含量时)等优点，但其成本高、甲醇渗透率大等缺点，因此改性复合质子交换膜成为近年来的发展重要方向。无机酸作为质子导体对于质子交换膜的质子迁移速率具有十分优异的性能，由于无机酸的电离增加载流子数量，降低电解质膜对于水分含量的依赖性，简化了燃料电池的结构。但无机酸对于非晶碳载体催化剂的腐蚀影响其性能和使用寿命。因此对于催化剂和载体的抗酸腐蚀的研究具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201610036436.5公开了一种高支化复合型质子交换膜及其制备方法，此发明首先制备高支化磺化聚芳醚，然后对其掺杂聚丙烯腈，制得高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈质子交换膜。聚丙烯腈作为弹性体聚合物添加到高支化磺化聚芳醚中，可以改善膜的力学性能、降低膜的甲醇渗透性。同时，聚丙烯腈的耐化学性好，特别是在无机酸、过氧化氢和一般的有机试剂中均具有良好的耐化学性，从而有效提高高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈质子交换膜的氧化稳定性。另外，由于高支化磺化聚芳醚和聚丙烯腈均可溶于极性溶剂中，采用物理混合搅拌的方法进行掺杂，便于操作，易于实现。最后通过溶液浇筑的方法成膜，可制得寿命长和机械强度高的复合型质子交换膜材料。

中国发明专利申请号200780048097.1公开了不易产生厚度不均和皱褶、凹凸的高分子电解质膜的制造方法。该高分子电解质膜的制造方法具有膜形成工序，使含离子性基团的高分子电解质的膜状物形成于支撑体上；酸处理工序，使膜与含无机酸的酸性液接触从而将离子性基团转变为酸型；酸除去工序，除去酸处理膜中的游离的酸；以及干燥工序，将酸除去膜干燥，其中，在不将膜从支撑体剥离的情况下实施工序。

中国发明专利申请号201610018579.3公开了一种质子交换膜。该质子交换膜，包括由磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺滤液、杂多酸和二氧化钛类流体的组合物制成。其有益效果是：此发明一种质子交换膜具有良好的流动性和加工性，此发明的二氧化钛类流体与磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺滤液复合可以减弱质子传导率的下降，有效降低复合质子交换膜的甲醇渗透率，提高质子交换膜的综合性能，解决了Nafion膜用于DMFC时的甲醇渗透问题，质子电导率也没有降低，满足了DMFC用PEM的要求，既可用于直接甲醇燃料电池，也可以用于直接乙醇燃料电池等醇类燃料电池。