[发明专利]一种质子交换膜、其制备方法和环保燃料电池

说明书

本发明涉及一种质子交换膜、其制备方法和环保燃料电池。该制备方法包括：将碳纳米管分散液与硅溶胶混合均匀，获得混合物A；将壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液混合均匀，获得混合物B；将混合物A和部分混合物B混合均匀后倒入模具中流延成膜，烘干后将其浸泡在碱液中，随后用去离子水清洗、烘干，得到杂化膜A；将杂化膜A浸泡在离子液体和磷钨酸的混合溶液中，随后用去离子水清洗、烘干，得到杂化膜B；将剩余混合物B涂覆在杂化膜B表面，烘干后将其浸泡在交联剂溶液中，随后用去离子水清洗、烘干，得到质子交换膜。本发明的质子交换膜具有较好的质子导电性、机械性能和稳定性；本发明的方法简单，原料成本低、环保，有利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜、其制备方法和环保燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种把燃料与氧化剂反应产生的化学能直接转化为电能的理想初级能源转化装置，其具有能量转化效率高、环境污染小的优点。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，起隔绝正负极、传递质子、附着催化剂等作用。

壳聚糖由于成膜工艺简单、成本低、可降解、低的甲醇渗透率等性能，在燃料电池质子交换膜的研究中引起了极大的关注。然而，纯的壳聚糖膜机械性能差且存在较多的结晶区域，从而导致其质子电导率极低。一般需要将其进行改性处理，提高其机械性能和质子电导率。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种质子交换膜、其制备方法和环保燃料电池，用以解决现有技术中现有的基于壳聚糖的质子交换膜机械性能和质子电导率均较差的技术问题。

本发明的第一方面提供一种质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将碳纳米管分散液与硅溶胶混合均匀，获得混合物A；

将壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液混合均匀，获得混合物B；

将上述混合物A和部分上述混合物B混合均匀后倒入模具中流延成膜，烘干后将其浸泡在碱液中，随后用去离子水清洗、烘干，得到杂化膜A；

将上述杂化膜A浸泡在离子液体和磷钨酸的混合溶液中，随后用去离子水清洗、烘干，得到杂化膜B；

将剩余上述混合物B涂覆在上述杂化膜B表面，烘干后将其浸泡在交联剂溶液中，随后用去离子水清洗、烘干，得到质子交换膜。

进一步地，上述碳纳米管分散液由以下步骤得到：将碳纳米管分散至去离子水中，得到质量分数为1～5wt％的碳纳米管分散液；上述硅溶胶由以下步骤得到：将氨水分散至乙醇中，随后加入正硅酸乙酯，室温搅拌4～6h，选用的正硅酸乙酯、氨水和乙醇的体积比为1：(0.8～1.2)：(0.2～0.4)；上述碳纳米管分散液与上述硅溶胶的质量比为1：(10～15)。

进一步地，上述壳聚糖溶液由以下步骤得到：将壳聚糖和冰醋酸分散至去离子水中，得到质量分数为1～5wt％的壳聚糖溶液，壳聚糖与冰醋酸的质量比为1：(0.8～1.2)；上述聚乙烯醇溶液由以下步骤得到：将聚乙烯醇分散至去离子水中，得到质量分数为1～5wt％的聚乙烯醇溶液；上述壳聚糖溶液与上述聚乙烯醇溶液的质量比为1：(0.5～1.5)。

进一步地，上述将混合物A和部分混合物B混合均匀的过程中，混合物A与部分混合物B的质量比为1：(100～300)，搅拌的温度为50～60℃，搅拌的时间为2～4h。

进一步地，上述得到杂化膜A的过程中，碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，质量分数为20～30wt％，浸泡在碱液中的时间为0.5～1h。

进一步地，上述交联剂溶液为稀硫酸，摩尔浓度为1～3％。

进一步地，上述磷钨酸与离子液体的质量比比为1：(0.5～0.6)。

进一步地，上述浸泡在交联剂溶液的时间为20～24h。