The invention belongs to the technical field of fuel cells, and provides an ozone based graphene based fuel cell proton exchange membrane and a preparation method thereof. This method is made by ultrasonic treatment of monocrystalline silicon in acid and soaking the surface active silicon substrate in organic alcohol, and then using methane and oxygen as the gas source for high temperature deposition to obtain the self supported graphite alkene layer. The silicon substrate is removed by hydrofluoric acid, and the pure oxygen is processed in high pressure electric field to produce the ozonic oxide. The allyl proton exchange membrane. Compared with the traditional method, the proton exchange membrane prepared by the invention has high proton transfer rate, good proton conductivity, good mechanical properties, good thermal conductivity, good durability and stability, and the preparation process is simple, the raw material is easy, and the cost is low, so it is suitable for popularization and Application.
【技术实现步骤摘要】
一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜及制备方法
本专利技术属于燃料电池的
,提供了一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜及制备方法。
技术介绍
燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转化为电能的装置,其主要特点是能量转换效率高、环境污染小,被誉为21世纪的主要能源之一,是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。其中,质子交换膜燃料电池由于具有能量密度高、可连续工作、环境友好等特点,被认为是未来最理想的绿色能源技术之一,得到国内外普遍的重视,应用也越来越广泛。在燃料电池的结构设计中,膜与两极组成“三明治”结构的膜电极,主要由五部分组成,即阳极扩散层、阳极催化剂层,质子交换膜、阴极催化剂层和阴极扩散层组成。其中,质子交换膜是燃料电池的核心元件,同时起到分隔燃料和氧化剂,传导质子的双重作用,其结构和材质对于整电池的效率和使用寿命有十分重要的影响,也是许多科研工作者的关注热点。目前的质子交换膜研究最成熟的是全氟磺酸聚合物膜,但由于其昂贵的价格和高制备难度限制其商业化推广。非全氟磺酸膜的研究中,氧化石墨烯由于具有表面积大、机械强度高、导热性好的特点,而且其层中的环氧基、羟基和羧基在亲水环境下具有质子传导性,受到广泛关注。通过磺化和掺杂改性,可进一步提高氧化石墨烯的质子传导效率,但传统的方法效果并不理想,因此通过其他途径提高其质子传导效率具有十分重要的实际意义。目前国内外在石墨烯基质子交换膜,尤其是改性氧化石墨烯基质子交换膜方面已取得了一定成效。其中贾炜等人专利技术了一种高性能轻度还原氧化石墨烯复合质子交换膜及其制备方法(中国专利技术专利申请号20161115593 ...
【技术保护点】
1.一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法,其特征在于,通过将单晶硅在酸液中超声处理,并在有机醇中浸泡制得表面活性的硅基底,然后以甲烷和氧气为气源进行高温沉积得到氧化自支撑石墨烯层,采用氢氟酸除去硅基底,然后在高压电场中进行纯氧处理,制得臭氧化石墨烯基质子交换膜,制备的具体步骤如下:(1)将单晶硅用清水洗净后,加入质量浓度为4~8%的无机强酸或中强酸溶液中,超声波处理一定时间,然后取出并用清水洗净,放入有机醇中浸泡8~15min,取出后在室温下干燥,得到表面处理的单晶硅基底;(2)将步骤(1)制得的单晶硅基底置入真空CVD沉积设备中,使用甲烷和氧气作为气源,通过高温气相沉积,在硅基底上得到氧化自支撑石墨烯层;(3)使用氢氟酸剥离硅基底,得到自支撑氧化石墨烯层;(4)将步骤(3)制得的氧化石墨烯层置入高压电场中,通入纯氧处理一定时间,氧气在高压电场中转变为臭氧,并与氧化石墨烯层结合,制得臭氧氧化石墨烯层,即臭氧化石墨烯基质子交换膜。
【技术特征摘要】
1.一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法,其特征在于,通过将单晶硅在酸液中超声处理,并在有机醇中浸泡制得表面活性的硅基底,然后以甲烷和氧气为气源进行高温沉积得到氧化自支撑石墨烯层,采用氢氟酸除去硅基底,然后在高压电场中进行纯氧处理,制得臭氧化石墨烯基质子交换膜,制备的具体步骤如下:(1)将单晶硅用清水洗净后,加入质量浓度为4~8%的无机强酸或中强酸溶液中,超声波处理一定时间,然后取出并用清水洗净,放入有机醇中浸泡8~15min,取出后在室温下干燥,得到表面处理的单晶硅基底;(2)将步骤(1)制得的单晶硅基底置入真空CVD沉积设备中,使用甲烷和氧气作为气源,通过高温气相沉积,在硅基底上得到氧化自支撑石墨烯层;(3)使用氢氟酸剥离硅基底,得到自支撑氧化石墨烯层;(4)将步骤(3)制得的氧化石墨烯层置入高压电场中,通入纯氧处理一定时间,氧气在高压电场中转变为臭氧,并与氧化石墨烯层结合,制得臭氧氧化石墨烯层,即臭氧化石墨烯基质子交换膜。2.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述无机强酸为盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸中的至少一种,中强酸为磷酸、氢氟酸、硒酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述一...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈庆,廖健淞,
申请(专利权)人:成都新柯力化工科技有限公司,
类型:发明
国别省市:四川,51
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