一种燃料电池隔膜材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池隔膜材料的制备方法，本发明专利技术预先对偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池隔膜材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池隔膜材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]聚合物电解质膜在燃料电池，电解器传感器和致动器中具有广泛应用。在所有应用中，燃料电池技术是在21世纪为实现新的环保和高效电源而付出巨大努力的关键技术之一。聚合物电解质燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)是用于低温固定和移动应用操作的最有希望的燃料电池候选者。在正常的PEMFC或DMFC操作中，前者中的氢和后者中的甲醇与Pt催化剂的阳极解离产生质子，其通过水合质子交换膜(PEM)传输到阴极，其中O2的还原产生水。
[0003]目前，这些燃料电池系统的成本非常高，主要是由于包括PEM在内的一些关键组件造成的成本过高。几种PEM可以在市场上买到，包括Nafion
(TM)
(DuPont)，Aciplex Asahi Chemicals Co.，Flemion(Asahi Glass Co.)，Gore
‑
Tex(Gore and Associate)，Ballard Advanced Materials(BAM)和Dais膜(Dais Co.)。其中，Nafion膜是已被广泛测试的最成熟的产品，并且大部分可用的燃料电池系统都以此为基础。但是，Nafion价格昂贵，甲醇渗透率高(在DMFC中)。另外，它在高温下倾向于粘弹性松弛，这会降低其机械性能和质子传导性。偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物膜(PVDF
‑
HFP)具有离子导电率高、机械强度好等特性，具有取代Nafion膜的可能性，但是目前的单纯的偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物膜依然具有稳定性差，吸水性差，对甲醇的渗透率偏高等问题。

技术实现思路

[0004]因此，基于以上背景，本专利技术提供一种燃料电池隔膜材料的制备方法及其应用，通过对偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物膜采用AMPS单体进行接枝改性，以提高其性能。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种燃料电池隔膜材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0007]S1：按照质量比为2
‑
8:2
‑
8的比例，取偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)；
[0008]S2：将偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物采用γ射线辐照处理；
[0009]S3：将经过辐照处理的偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸移入反应容器内，并搅拌均匀后，加入DMF；
[0010]S4：对反应容器采用氮气对其内空气进行置换；
[0011]S5：升温至70℃，反应12小时以上；
[0012]S6：反应结束后，将反应后的混合溶液体系转移至敞口容器中，在搅拌的条件下，滴加甲醇，混合溶液体系中有白色絮状沉淀生成；
[0013]S7：将混合溶液体系搅拌均匀后，进行离心分离出固体生成物；
[0014]S8：将固体生成物加入DMF进行完全溶解后，在搅拌的条件下，滴加甲醇，有白色絮状沉淀生成；
[0015]S8：再次进行离心，分离出固体物；
[0016]S9：将固体物加入去离子水，搅拌均匀后，离心分离出湿润的白色膏状产物；
[0017]S10：将白色膏状产物进行烘干得到白色粉末产物；
[0018]S11：将白色粉末产物以质量分数在4％以上的比例完全溶解于DMF，得到溶液体系；
[0019]S12：取干净的玻璃板槽放入真空烘箱内，将溶液体系注入玻璃板槽内；
[0020]S13：开启真空烘箱的真空泵，抽取真空；
[0021]S14：在5到6小时后，烘箱温度设定温度为65℃，进行加热；
[0022]S15：每2至3小时，打开真空烘箱，将烘箱中的液体擦干，每次擦干之后再抽真空；
[0023]S16：共计在真空环境中加热10小时后，即得到燃料电池隔膜。
[0024]进一步地，其还包括如下步骤：
[0025]S17：采用热压机在5kN的条件将步骤S16制备的燃料电池隔膜进行热压30s
[0026]优选地，热压温度为110
‑
130℃。
[0027]更为优选地，热压温度为130℃。
[0028]优选地，步骤S1中偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸的质量比为4:6。
[0029]优选地，步骤S6中的甲醇的加入体积量大于步骤S3中的DMF体积。
[0030]本专利技术还提供了上述的制备方法所制备的燃料电池隔膜的应用，其在氢气燃料电池中的应用。
[0031]采用本专利技术实现的有益效果为：
[0032]本专利技术预先对偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物采用辐射照射，使其表面活化处理后产生活性位点，然后采用AMPS接枝到偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物上，对其进行改性，所制备得到的燃料电池隔膜的稳定性和耐酸性更好，孔隙率低，经过长时间强酸浸泡，质量损失率低；并且其吸水率、甲醇渗透率等性能均较为优异。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)的分子结构式；
[0035]图2本专利技术实施例的燃料电池隔膜在吸水前的状态图片；
[0036]图3本专利技术实施例的燃料电池隔膜的红外光谱图；
[0037]图4本专利技术实施例的经热压处理后的燃料电池隔膜图片；
[0038]图5本专利技术实施例的经不同温度热压后的燃料电池隔膜在不同温度下热压后的扫描电子显微镜图；
[0039]图6本专利技术实施例的燃料电池隔膜的组成的元素分析。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。
[0042]接下来的实施例中，所用原料及其试剂：
[0043]偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚的共聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池隔膜材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：按照质量比为2
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8:2
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8的比例，取偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸；S2：将偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物采用γ射线辐照处理；S3：将经过辐照处理的偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸移入反应容器内，并搅拌均匀后，加入DMF；S4：对反应容器采用氮气对其内空气进行置换；S5：升温至70℃，反应12小时以上；S6：反应结束后，将反应后的混合溶液体系转移至敞口容器中，在搅拌的条件下，滴加甲醇，混合溶液体系中有白色絮状沉淀生成；S7：将混合溶液体系搅拌均匀后，进行离心分离出固体生成物；S8：将固体生成物加入DMF进行完全溶解后，在搅拌的条件下，滴加甲醇，有白色絮状沉淀生成；S8：再次进行离心，分离出固体物；S9：将固体物加入去离子水，搅拌均匀后，离心分离出湿润的白色膏状产物；S10：将白色膏状产物进行烘干得到白色粉末产物；S11：将白色粉末产物以质量分数在4％以上的比例完全溶解于DMF，得到溶液体系；S12：取...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅韬，凌云旸，陈晰，陈武华，丘则海，
申请(专利权)人：龙岩学院，
类型：发明
国别省市：