复合碱性聚电解质膜及其制备方法以及碱性聚电解质燃料电池技术

技术编号:16274914 阅读:39 留言:0更新日期:2017-09-22 23:55
本发明专利技术涉及燃料电池技术领域,具体涉及一种复合碱性聚电解质膜的制备方法,其包括:利用带有季铵基团的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面处理,得到季铵功能化二氧化硅。再将季铵功能化二氧化硅的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液,再将铸膜液进行溶液浇铸得到复合碱性聚电解质膜。还涉及如上述制备方法制备得到的复合碱性聚电解质膜以及其在制备碱性聚电解质燃料电池中的应用。通过上述方式制备得到的碱性聚电解质膜具有优异的离子电导率和断裂伸长率以及较好的机械性能和碱性稳定性,且该碱性聚电解质膜成本低廉、综合性能优异,在碱性聚电解质燃料电池中有广阔的前景。

Composite alkaline polyelectrolyte membrane, method for preparing the same, and alkaline polyelectrolyte fuel cell

The present invention relates to the technical field of fuel cell, in particular relates to a method for preparing composite alkaline polymer electrolyte membrane comprising nano silica surface treated by silane coupling agent with quaternary ammonium groups, obtain quaternary ammonium functionalized silica. The quaternary ammonium functionalized silica dispersion and quaternized chitosan solution and polyvinyl alcohol solution mixing casting solution in the presence of a crosslinking agent, the casting solution of solution cast composite alkaline polymer electrolyte membrane. The invention also relates to a composite alkaline polyelectrolyte membrane prepared by the preparation method and the application thereof in preparing an alkaline polyelectrolyte fuel cell. By the way of alkaline prepared polyelectrolyte membrane has excellent ionic conductivity and elongation and better mechanical properties and stability of alkaline, and the alkaline polymer electrolyte membrane has the advantages of low cost, excellent comprehensive performance, in a broad prospect for alkaline polymer electrolyte fuel cell.

【技术实现步骤摘要】
复合碱性聚电解质膜及其制备方法以及碱性聚电解质燃料电池
本专利技术涉及燃料电池
,具体而言,涉及一种复合碱性聚电解质膜及其制备方法以及碱性聚电解质燃料电池。
技术介绍
氢气是一种高效清洁的能源,以氢气为动力源的汽车是未来新能源汽车发展的方向。燃料电池是氢能转化利用的主要形式,其中,聚合物电解质燃料电池由于具有可室温启动、结构紧凑等优点被视为理想的车用动力电源。目前发展较为成熟的聚合物电解质燃料电池是以酸性质子交换膜为电解质的质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池,但由于强酸性环境的限制,这两者所使用的催化剂均以贵金属铂为主,这不仅增加了电池的成本,而且一旦批量生产将面临铂的匮乏问题。最近,碱性聚合物电解质膜燃料电池因具有电极反应动力学快以及不依赖于贵金属铂催化剂等诸多优点而成为一个热门话题。作为其中一个关键部件,碱性聚合物电解质膜要求具有较高的氢氧根离子电导率、碱性稳定性和优异的机械性能,其性能和价格直接影响燃料电池的性能和成本。然而,现有的碱性聚合物电解质膜仍具有机械强度和离子电导率较差的缺陷,难以满足电池的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种复合碱性聚电解本文档来自技高网...
复合碱性聚电解质膜及其制备方法以及碱性聚电解质燃料电池

【技术保护点】
一种复合碱性聚电解质膜的制备方法,其特征在于,包括:利用带有季铵基团的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面处理,得到季铵功能化二氧化硅;将所述季铵功能化二氧化硅的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液,再将所述铸膜液进行溶液浇铸得到复合碱性聚电解质膜。

【技术特征摘要】
1.一种复合碱性聚电解质膜的制备方法,其特征在于,包括:利用带有季铵基团的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面处理,得到季铵功能化二氧化硅;将所述季铵功能化二氧化硅的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液,再将所述铸膜液进行溶液浇铸得到复合碱性聚电解质膜。2.根据权利要求1所述的复合碱性聚电解质膜的制备方法,其特征在于,进行表面处理包括将所述纳米二氧化硅的分散液与硅烷偶联剂进行搅拌反应;优选地,所述纳米二氧化硅的分散液是将所述纳米二氧化硅在醇和水的混合溶液中进行超声分散,优选地,超声分散是在室温下进行30~60min,优选地,所述纳米二氧化硅与醇和水的混合溶液的比例为1g:25mL~1g:150mL,优选地,醇和水的混合溶液中,醇和水的体积比为1:1~3:1,进一步优选地,醇为乙醇;优选地,所述硅烷偶联剂选自3-(三甲氧基硅烷)丙基二甲基十二烷基氯化铵硅烷、3-(三甲氧基硅烷)丙基二甲基十二烷基氯化铵硅烷和3-(三甲氧基硅烷)丙基二甲基十八烷基氯化铵硅烷中的任意一种;优选地,所述硅烷偶联剂与所述纳米二氧化硅的质量比为1:4~2:1;优选地,搅拌反应是在15~60℃下搅拌12~36小时;优选地,进行表面处理还包括对搅拌反应后得到的混合产物进行离心沉淀,再洗涤、干燥。3.根据权利要求1或2所述的复合碱性聚电解质膜的制备方法,其特征在于,所述纳米二氧化硅是通过以下步骤制备得到:将正硅酸四乙酯在醇和水的混合溶液中且在催化剂的作用下进行反应;优选地,醇和水的混合溶液中,醇和水的体积比为1:1~3:1,优选地,醇为乙醇;优选地,所述正硅酸四乙酯与醇和水的混合溶液的体积比例为1:5~1:20;优选地,将所述正硅酸四乙酯与醇和水的混合溶液和所述催化剂混合后进行水浴搅拌反应,进一步优选地,水浴温度为40~80℃,搅拌时间为2~12h;优选地,对水浴搅拌反应后得到的产物进行离心、洗涤、干燥;优选地,所述催化剂为酸催化剂或碱催化剂,其中酸催化剂选自盐酸、硫酸、硝酸、乙酸和草酸中的任一种,其用量为调节体系的pH值为2~5;碱催化剂选自氨水、氢氧化钠和乙醇胺中的任一种,其用量为调节体系的pH值为8~12。4.根据权利要求1所述的复合碱性聚电解质膜的制备方法,其特征在于,所述季铵功能化二氧化硅的分散液将所述季铵功能化二氧化硅超声分散于去离子水中,优选地,...

【专利技术属性】
技术研发人员:龚春丽文胜刘海汪广进张丙清汪杰程凡舒红辉郑根稳
申请(专利权)人:湖北工程学院
类型:发明
国别省市:湖北,42

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