本发明专利技术公开了一种高阻醇性能的新型燃料电池，包括阳极扩散层、阳极微孔层、阳极催化层，质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层，所述质子交换膜中掺杂有改性埃洛石纳米管，所述改性埃洛石纳米管先用多巴胺盐酸盐对埃洛石纳米管进行表面包覆处理，然后引入活性卤素原子，再通过ATRP反应将带有磺酸基团的单体接枝聚合到埃洛石纳米管上制得；所述阴极催化层中的催化剂是以钯和铂为活性组分，以碳纳米管为载体，活性组分的载量为0.5‑3.5mg/cm2，钯和铂的质量比为(1‑2)：1。本发明专利技术还公开了该新型燃料电池的制备方法。本发明专利技术公开的燃料电池具有可以有效提高燃料的利用率，燃料电池的稳定性好。
【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及燃料电池领域，具体的涉及一种高阻醇性能的新型燃料电池。
技术介绍
：燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂之间的化学能通过电极反应直接转化成电能的装置。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能\储电\而是一个\发电厂\，被誉为是一种继水力、火力、核电之后的第四代发电技术，也正在美、日等发达国家崛起，以急起直追的势头快步进入能以工业规模发电的行列。燃料电池具有高能量转换效率、低温快速启动、低热辐射和低排放、运行噪声低和适应不同功率要求，具有非常好的前景。在这些燃料电池中，质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)工作温度是最低的，也是目前发展规模最大的一种。根据燃料电池领域的权威统计机构Fuel Cell Today的统计，2005—2010年，单是小型电源领域，全世界已经有超过15万套燃料电池交付使用，总功率超过了15MW，其中96％是质子交换膜燃料电池。在交通领域中，质子交换膜燃料电池因最有希望成为未来电动汽车的发动机而受到广泛关注，全球几乎主要的汽车生产商都在致力于燃料电池汽车的开发。质子交换膜燃料电池的大规模商业化还面临成本和寿命两大问题，积极开发新材料是解决这两大问题的必经之路，也是目前质子交换膜燃料电池研究的热点。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，但是目前常用的质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜，其化学稳定性好，质子电导率大，但是其离子电导强烈地依赖于水含量，在水含量较低或温度较高时，电导率明显下降。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种高阻醇性能的新型燃料电池，其燃料利用率高，经济环保，稳定性好。本专利技术的另一个目的是提供该新型燃料电池的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高阻醇性能的新型燃料电池，包括阳极扩散层、阳极微孔层、阳极催化层，质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层，所述质子交换膜中掺杂有改性埃洛石纳米管，所述改性埃洛石纳米管先用多巴胺盐酸盐对埃洛石纳米管进行表面包覆处理，然后引入活性卤素原子，再通过ATRP反应将带有磺酸基团的单体接枝聚合到埃洛石纳米管上制得；所述阴极催化层中的催化剂是以钯和铂为活性组分，以碳纳米管为载体，活性组分的载量为0.5-3.5mg/cm2，钯和铂的质量比为(1-2)：1。作为上述技术方案的优选，所述带有磺酸基团的单体为苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠中的一种。作为上述技术方案的优选，所述改性埃洛石纳米管的制备方法为：a)在Tris-盐酸缓冲液中加入埃洛石纳米管、多巴胺盐酸盐混合，500-1000W下超声30-50min，然后磁力搅拌反应10-24h，清洗，干燥得到多巴胺盐酸盐改性的埃洛石纳米管；b)在惰性气体的保护下加入四氢呋喃、三乙胺、多巴胺改性的埃洛石纳米管和α-溴代酯，搅拌混合5-20h，清洗干燥后得到活性溴原子改性的埃洛石纳米管；c)在惰性气体保护下，将N-N-二甲基甲酰胺、带有磺酸基团的单体、五甲基二亚乙基三胺、溴化亚铜、去离子水和步骤b)制得的活性溴原子改性的埃洛石纳米管混合搅拌10-80h，清洗干燥后得到所述改性埃洛石纳米管。作为上述技术方案的优选，步骤a)中，多巴胺盐酸盐在反应体系中的浓度为10-20mmg/L。作为上述技术方案的优选，步骤c)中，所述带有磺酸基团的单体、溴化亚铜、五甲基二亚乙基三胺的摩尔比为(30-50)：(3-6)：(1-3)。作为上述技术方案的优选，步骤b)中，所述α-溴代酯相对于多巴胺改性的埃洛石纳米管D-HNTs的加入量为15-30mmol/(gD-HNTs)。作为上述技术方案的优选，步骤b)中，所述四氢呋喃与三乙胺的体积比为(10-30)：1。一种高阻隔性能的新型燃料电池的制备方法，包括以下步骤：(1)将阳极扩散层和阴极扩散层进行憎水性处理，阳极扩散层和阴极扩散层采用碳纸；(2)在阳极扩散层上制备阳极微孔层，在阴极扩散层上制备阴极微孔层；(3)制备阳极催化层和阴极催化层；(4)制备复合质子交换膜：将改性埃洛石纳米管均匀分散在去离子水中制得均一的分散液；然后将磺化聚醚醚酮溶于N-N-二甲基乙酰胺中形成溶液，室温下将分散液和溶液混合均匀，浇注成膜，然后将膜进行干燥，然后在稀硫酸中浸泡20-30h，用水洗去多余硫酸，制得复合质子交换膜。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述膜的干燥条件为：先在60-100℃下干燥20-30h，然后在80-100℃下真空干燥10-15h。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述稀硫酸的浓度为1-1.5mol/L。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用以钯和铂为活性组分的催化剂，并合理控制二者的含量，使得阴极催化剂具有良好的电催化还原活性和稳定性，使得制得的新型燃料电池性能优异；本专利技术在质子交换膜中掺杂适量的改性埃洛石纳米管，通过在埃洛石纳米管上接枝聚合带有磺酸基团的单体引入磺酸基团，制得的质子交换膜具有较高的质子电导率，并且机械性能好；且有效提高了燃料的利用效率，经济环保。具体实施方式：为了更好的理解本专利技术，下面通过实施例对本专利技术进一步说明，实施例只用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何的限定。实施例1一种高阻醇性能的新型燃料电池，包括阳极扩散层、阳极微孔层、阳极催化层，质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层，所述质子交换膜中掺杂有改性埃洛石纳米管，所述改性埃洛石纳米管先用多巴胺盐酸盐对埃洛石纳米管进行表面包覆处理，然后引入活性卤素原子，再通过ATRP反应将带有磺酸基团的单体接枝聚合到埃洛石纳米管上制得；所述阴极催化层中的催化剂是以钯和铂为活性组分，以碳纳米管为载体，活性组分的载量为0.5mg/cm2，钯和铂的质量比为1：1。其制备方法包括以下步骤：(1)将阳极扩散层和阴极扩散层进行憎水性处理，阳极扩散层和阴极扩散层采用碳纸；(2)在阳极扩散层上制备阳极微孔层，在阴极扩散层上制备阴极微孔层；(3)制备阳极催化层和阴极催化层；(4)制备复合质子交换膜：a)在Tris-盐酸缓冲液中加入埃洛石纳米管、多巴胺盐酸盐混合，500W下超声50min，然后磁力搅拌反应10h，清洗，干燥得到多巴胺盐酸盐改性的埃洛石纳米管，其中，多巴胺盐酸盐在反应体系中的浓度为10mmg/L；b)在惰性气体的保护下加入四氢呋喃、三乙胺、多巴胺改性的埃洛石纳米管和α-溴代酯，搅拌混合5h，清洗干燥后得到活性溴原子改性的埃洛石纳米管，其中，α-溴代酯相对于多巴胺改性的埃洛石纳米管D-HNTs的加入量为15mmol/(gD-HNTs)；四氢呋喃与三乙胺的体积比为10：1；c)在惰性气体保护下，将N-N-二甲基甲酰胺、带有磺酸基团的单体、五甲基二亚乙基三胺、溴化亚铜、去离子水和步骤b)制得的活性溴原子改性的埃洛石纳米管混合搅拌10h，清洗干燥后得到所述改性埃洛石纳米管，其中，带有磺酸基团的单体、溴化亚铜、五甲基二亚乙基三胺的摩尔比为30：3：1；d)将上述制得的改性埃洛石纳米管均匀分散在去本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高阻醇性能的新型燃料电池，包括阳极扩散层、阳极微孔层、阳极催化层，质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层，其特征在于，所述质子交换膜中掺杂有改性埃洛石纳米管，所述改性埃洛石纳米管先用多巴胺盐酸盐对埃洛石纳米管进行表面包覆处理，然后引入活性卤素原子，再通过ATRP反应将带有磺酸基团的单体接枝聚合到埃洛石纳米管上制得；所述阴极催化层中的催化剂是以钯和铂为活性组分，以碳纳米管为载体，活性组分的载量为0.5‑3.5mg/cm2，钯和铂的质量比为(1‑2)：1。
【技术特征摘要】
1.一种高阻醇性能的新型燃料电池，包括阳极扩散层、阳极微孔层、阳极催化层，质子交换膜、阴极催化层、阴极微孔层、阴极气体扩散层，其特征在于，所述质子交换膜中掺杂有改性埃洛石纳米管，所述改性埃洛石纳米管先用多巴胺盐酸盐对埃洛石纳米管进行表面包覆处理，然后引入活性卤素原子，再通过ATRP反应将带有磺酸基团的单体接枝聚合到埃洛石纳米管上制得；所述阴极催化层中的催化剂是以钯和铂为活性组分，以碳纳米管为载体，活性组分的载量为0.5-3.5mg/cm2，钯和铂的质量比为(1-2)：1。2.如权利要求1所述的一种高阻隔性能的新型燃料电池，其特征在于：所述带有磺酸基团的单体为苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠中的一种。3.如权利要求1所述的一种高阻隔性能的新型燃料电池，其特征在于，所述改性埃洛石纳米管的制备方法为：a)在Tris-盐酸缓冲液中加入埃洛石纳米管、多巴胺盐酸盐混合，500-1000W下超声30-50min，然后磁力搅拌反应10-24h，清洗，干燥得到多巴胺盐酸盐改性的埃洛石纳米管；b)在惰性气体的保护下加入四氢呋喃、三乙胺、多巴胺改性的埃洛石纳米管和α-溴代酯，搅拌混合5-20h，清洗干燥后得到活性溴原子改性的埃洛石纳米管；c)在惰性气体保护下，将N-N-二甲基甲酰胺、带有磺酸基团的单体、五甲基二亚乙基三胺、溴化亚铜、去离子水和步骤b)制得的活性溴原子改性的埃洛石纳米管混合搅拌10-80h，清洗干燥后得到所述改性埃洛石纳米管。4.如权利要求3所述的一种高阻隔性能的新型燃料电池，其特征在于：步骤a)中，多巴胺盐酸盐在反应体系中的浓度为10-...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈隽，
申请(专利权)人：陈隽，
类型：发明
国别省市：广东;44
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