具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法及其基于这种质子交换膜的高性能膜电极技术

本发明专利技术公开了具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法及其基于这种质子交换膜的高性能膜电极。该方法为：（1）对质子交换膜进行预处理；（2）将一种或多种易移除的造孔剂和全氟磺酸树脂溶液在水或者低沸点溶剂中混合并超声形成多孔层浆料；（3）采用涂覆技术将多孔层浆料涂覆在质子交换膜层的一侧，制得多孔膜前驱体；（4）对多孔膜前驱体进行酸处理，用蒸馏水洗涤干净后即制得可用于质子交换膜燃料电池的多孔膜。采用本方法制备的多孔膜与商业质子交换膜相比较，在膜厚度不明显增加的前提下，具有规整的三维多孔结构和较大的比表面积的优点，提高最终制得的质子交换膜燃料电池膜电极的性能。

Construction method of proton exchange membrane with three-dimensional high specific surface area and high performance membrane electrode based on the proton exchange membrane

The invention discloses a method for constructing a proton exchange membrane with a three-dimensional high specific surface area surface and a high-performance membrane electrode based on the proton exchange membrane. The method includes: (1) pretreatment of proton exchange membrane; (2) mixing one or more removable pore-forming agents and perfluorosulfonic acid resin solutions in water or low boiling point solvents and forming porous layer slurry by ultrasonic wave; (3) coating porous layer slurry on one side of the proton exchange membrane layer with coating technology to prepare porous membrane. (4) porous membranes for proton exchange membrane fuel cells were prepared by acid treatment of porous membrane precursors and washing them with distilled water. Compared with the commercial proton exchange membrane, the porous membrane prepared by this method has the advantages of regular three-dimensional porous structure and large specific surface area, and improves the performance of the membrane electrode of the proton exchange membrane fuel cell.

【技术实现步骤摘要】
具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法及其基于这种质子交换膜的高性能膜电极
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，特别涉及具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法及其基于这种质子交换膜的高性能膜电极。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型的绿色能源技术，能够直接将燃料的化学能直接转化为电能，它具有能量转化效率高、功率密度高、无温室气体排放和低温启动等优点，在汽车动力和便携式发电设备上有广泛的应用前景。因此，高性能质子交换膜电池的研究已成为新能源等研究领域的热点话题。质子交换膜燃料电池膜电极作为质子交换膜燃料电池的核心部件，为能量转换的电化学反应提供反应场所，此外还为电子、质子、水及气体等反应物和产物的传输提供多相通道。因此，膜电极结构对燃料电池单电池的性能、寿命和成本有着相当大的影响。目前常用的膜电极催化层制备方法为：将催化剂、粘结剂和分散剂混合配置得到浆料，通过涂布、喷涂或者转印等方法将浆液分布在质子交换膜两侧形成催化层。但质子交换膜的表面为平面，比表面积较小，因此与催化层的接触面积不大，无法建立相对较好的质子传输通道。中国专利CN101473473公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法，其特征在于：在不大幅增加膜厚度前提下，在质子交换膜表面上形成规整有序的三维多孔结构，包括如下步骤：（1）质子交换膜依次在质量浓度为5‑10wt.%的双氧水溶液中和质量浓度为0.5~1mol.L‑1的硫酸溶液中进行预处理，然后用蒸馏水洗涤干净并保存在蒸馏水中备用；（2）将造孔剂、全氟磺酸树脂溶液、水或者低沸点溶剂按5:2‑200:200‑2000的质量比混合后，经超声波震荡分散成多孔层浆料；（3）采用涂覆技术将多孔层浆料涂覆在质子交换膜层的一侧，控制喷涂层厚度在0.1‑5μm之间，然后进行热处理，即得多孔膜前驱体；（4）对多孔膜前驱体进行酸处理，...

【技术特征摘要】
1.具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法，其特征在于：在不大幅增加膜厚度前提下，在质子交换膜表面上形成规整有序的三维多孔结构，包括如下步骤：（1）质子交换膜依次在质量浓度为5-10wt.%的双氧水溶液中和质量浓度为0.5~1mol.L-1的硫酸溶液中进行预处理，然后用蒸馏水洗涤干净并保存在蒸馏水中备用；（2）将造孔剂、全氟磺酸树脂溶液、水或者低沸点溶剂按5:2-200:200-2000的质量比混合后，经超声波震荡分散成多孔层浆料；（3）采用涂覆技术将多孔层浆料涂覆在质子交换膜层的一侧，控制喷涂层厚度在0.1-5μm之间，然后进行热处理，即得多孔膜前驱体；（4）对多孔膜前驱体进行酸处理，然后用蒸馏水洗涤干净，即制得可用于质子交换膜燃料电池的多孔膜。2.根据权利要求1所述具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法，其特征在于：所述质子交换膜为Nafion117、Nafion211、Nafion212膜或者Nafionhp膜，或者全氟磺酸树脂膜，或者其他具有质子传导能力的膜材料。3.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的多孔膜制备方法，其特征在于：所述步骤（1）的具体过程为：将质子交换膜放于质量百分浓度为1%-20%的双氧水中，在60-100℃下加热0.5-2小时；经蒸馏水洗涤后，再放于0.1-10mol.L-1的硫酸溶液中，在6...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖世军，刘广智，叶跃坤，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44