复合质子交换膜及其制备方法、复合质子交换膜燃料电池技术

本发明专利技术涉及质子交换膜燃料电池技术领域，公开了一种复合质子交换膜及其制备方法、复合质子交换膜燃料电池。该复合质子交换膜，在质子交换膜表面具有石墨烯层。本发明专利技术提供的复合质子交换膜的燃料渗透率低，且制备方法简单，可用于连续生产。

【技术实现步骤摘要】
复合质子交换膜及其制备方法、复合质子交换膜燃料电池
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，具体涉及一种复合质子交换膜及其制备方法、复合质子交换膜燃料电池。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种能够将燃料的化学能不经过燃烧，直接转化为电能的发电装置，其优点包括：转化效率高、不排放有害气体、运行质量高、工作温度低、启动速度快、结构简单、比功率高、操作方便等优点，被公认为电动汽车的首选能源供给方式。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其中，全氟磺酸质子交换膜具有质子传导率高、机械性能强、化学稳定性好和使用寿命长等特点，被广泛地应用于质子膜燃料电池，其性能的好坏直接决定燃料电池的性能。但现有的质子交换膜大多存在燃料渗透率过高的问题，而过高的燃料渗透会降低燃料的使用效率，损害电池性能，进而影响电池的使用寿命。因此，降低质子交换膜燃料渗透是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的质子交换膜燃料渗透率过高的问题，提供一种复合质子交换膜及其制备方法、复合质子交换膜燃料电池，该复合质子交换膜的燃料渗透率低，并且包含本专利技术复合质子交换膜电池使用寿命长。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种复合质子交换膜，该复合质子交换膜包括质子交换膜，以及形成在所述质子交换膜表面的石墨烯层。优选地，所述石墨烯层的厚度为1-10μm。优选地，所述质子交换膜的厚度为80-120μm。优选地，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：18-80。优选地，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。第二方面，本专利技术提供了一种复合质子交换膜的制备方法，该方法包括下述步骤：1)通过化学气相沉积在金属基体表面沉积石墨烯层；2)在步骤1)得到的具有石墨烯层的金属基体上、下表面分别叠放质子交换膜，经压辊，使石墨烯层转印到质子交换膜上，得到复合质子交换膜。优选地，步骤1)中的化学气相沉积是将金属基体置于化学气相沉积炉中，通入碳源及载气，经沉积得到石墨烯层。优选地，所述气相沉积的条件包括：沉积温度为900-1300℃，沉积压力为0.1-10kPa，沉积时间为1-10h。优选地，所述沉积得到的石墨烯层的厚度为1-10μm。优选地，所述质子交换膜的厚度为80-120μm。优选地，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：18-80。优选地，所述压辊的温度为10-60℃，压辊的速度为1-10m/min。优选地，所述金属基体为铜箔。优选地，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。优选地，所述方法还包括对金属基体进行预处理的步骤。第三方面，本专利技术提供了一种复合质子交换膜燃料电池，该复合质子交换膜燃料电池包括本专利技术的复合质子交换膜或由本专利技术的方法制得的复合质子交换膜。具体地，本专利技术提供的制备方法具有下述有益效果：1)本专利技术提供的复合质子交换膜的燃料渗透率低，进一步提高了复合质子交换膜电池的使用寿命；2)本专利技术提供的复合质子交换膜还具有质子传导率高、机械性能强、化学稳定性好等优点；3)本专利技术提供的制备方法简单、易操作，并且能够连续生产。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1为本专利技术的复合质子交换膜示意图；图2为甲醇渗透池示意图；图3为本专利技术实施例1的复合质子交换膜的甲醇渗透率示意图。附图标记说明1、本专利技术的复合质子交换膜2、硅橡胶垫片3、不锈钢金属网4、磁力搅拌子5、取样口具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1所示，第一方面，本专利技术提供了一种复合质子交换膜，该复合质子交换膜在质子交换膜表面具有石墨烯层。本专利技术通过利用石墨烯的独特结构，其允许H+通过，但甲醇和氢气不能通过的特性，将其复合在质子交换膜表面，在保证原有质子交换膜特性的基础上，降低了复合质子交换膜的渗透率，从而提高燃料的使用效率，进而延长电池的使用寿命。在本专利技术中，为了进一步降低复合质子交换膜的渗透率，提高燃料的使用效率，延长电池的使用寿命，优选地，所述石墨烯层的厚度为1-10μm；更优选地，所述石墨烯层的厚度为3-5μm。在本专利技术中，优选地，所述质子交换膜的厚度为80-120μm；更优选地，所述质子交换膜的厚度为90-110μm。在本专利技术中，综合考虑复合质子交换膜的质子传导率、机械性能、化学稳定性以及渗透率，优选地，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：18-80；更优选地，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：20-50。对于上述质子交换膜的种类没有特别的限定，可以为本领域常用的各种质子交换膜，本专利技术中，优选地，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。第二方面，本专利技术提供了一种复合质子交换膜的制备方法，该方法包括下述步骤：1)通过化学气相沉积在金属基体表面沉积石墨烯层；2)在步骤1)得到的具有石墨烯层的金属基体上、下表面分别叠放质子交换膜，经压辊，使石墨烯层转印到质子交换膜上，得到复合质子交换膜。对于上述化学气相沉积没有特别的限定，在本专利技术的方法中，优选地，步骤1)中的化学气相沉积是将金属基体置于化学气相沉积炉(以下也简称CVD炉)中，通入碳源及载气，经沉积得到石墨烯层。对于上述化学气相沉积中的碳源及载气没有特别的限定，碳源为甲醇、乙醇、丙醇、戊醇、苯、甲苯、二甲苯和甲烷等；载气为N2、Ar、N2/H2或Ar/H2，包括但不限于上述限定的种类及用量，能够实现本申请所要达到在金属基体上沉积得到石墨烯层即可。在本专利技术的方法中，优选地，所述气相沉积的条件包括：沉积温度为900-1300℃，沉积压力为0.1-10kPa，沉积时间为1-10h；更优选地，所述气相沉积的条件包括：沉积温度为1000-1200℃，沉积压力2-8kPa，沉积时间为2-8h。为了进一步降低复合质子交换膜的渗透率，提高燃料的使用效率，延长电池的使用寿命，本专利技术的方法中，优选地，所述沉积得到的石墨烯层的厚度为1-10μm；更优选地，所述沉积得到的石墨烯层的厚度为3-5μm。为了进一步保证复合质子交换膜的性能，在本专利技术的方法中，优选地，所述压辊的温度为10-60℃，压辊的速度为1-10m/min；更优选地，所述压辊的温度为20-30℃，压辊的速度为6-8m/min。在本专利技术的方法中，优选地，所述金属基体为铜箔。在本专利技术中，优选地，所述质子交换膜的厚度为80-120μm；更优选地，所述质子交换膜的厚度为90-110μm。在本专利技术的方法中，优选地，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。在本专利技术中，综合考虑复合质子交换膜的质子传导率、机械性能、化学稳定性以及渗透率，优选地，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：18-80；更优选地，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：20-50。在本专利技术的一个优选的实施方式中，本专利技术的制备方法为：金属基体经过CVD炉时，石墨烯沉积在金属基体表面，质子交换膜和金属基体经过上下压辊时，金属基体上的石墨烯转移到质子交换膜上形成2个复合质子交换膜。此外，为了进一步保证复合质子交换膜的性能，优选地，所述方法还包括对金属基体进行预处理的步骤。上述预处理步骤包括但不限于本领域常规的打磨、抛光、清洗、干燥等步骤。例如，当所述金属基体为铜箔时，预处理步骤包括电解抛光、真空退火以及还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合质子交换膜，其特征在于，该复合质子交换膜包括质子交换膜，以及形成在所述质子交换膜表面的石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种复合质子交换膜，其特征在于，该复合质子交换膜包括质子交换膜，以及形成在所述质子交换膜表面的石墨烯层。2.根据权利要求1所述的复合质子交换膜，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为1-10μm；优选地，所述质子交换膜的厚度为80-120μm。3.根据权利要求2所述的复合质子交换膜，其特征在于，所述石墨烯层与质子交换膜的厚度比为1：18-80。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的复合质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。5.一种复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：1)通过化学气相沉积在金属基体表面沉积石墨烯层；2)在步骤1)得到的具有石墨烯层的金属基体上、下表面分别叠放质子交换膜，经压辊，使石墨烯层转印到质子交换膜上，得到复合质子交换膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中的化学气相沉积是将金属基体置于化学气相沉积炉中，通入碳源及载气，经沉积得到石墨烯层。7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赫然，李青，唐赞谦，陈韵吉，宋亚滨，章元军，
申请(专利权)人：东旭光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13