一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜及其制备方法，属于氢燃料电池技术领域。该隔膜按照重量百分比计包括：有机

【技术实现步骤摘要】
一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于氢燃料电池
，具体地，涉及一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池外观与蓄电池相仿，有着正/负极和电解质。但是燃料电池不同于传统意义上的蓄电池，它并不是作为电能的存储装置，而是能量转化装置，燃料和氧化剂从外部通入燃料电池的内部，直接转化为电能，不需要经过化学能
‑
热能
‑
动能转化，能量利用率高，且发电产物仅为没有污染的水，具有广阔的应用前景。
[0003]燃料电池由阳极、阴极、电解质和外部电路四个部分组成。通常阳极是燃料注入的电极，阴极是注入氧化剂的电极。阴极和阳极上一般还有催化剂涂层。电解质在阴 极和阳极之间。在氢燃料电池为例，氢气燃料从阳极端注入，通过催化剂涂层，氢气被催化为H
+
和电子，H
+
穿过电解质到达阴极的催化剂层；而电子则由外部电路移出，而阴极端注入氧气，在阴极的催化剂层中，氧和H
+
以及电子结合成水。
[0004]质子交换膜是氢燃料电池的核心部件，其作用主要为隔离电池的阴/阳两极，避免燃料和氧化剂的直接接触，同时要能传递质子；现有技术中全氟磺酸类质子交换膜一直占据着市场，其膜内亲水相与疏水相的微相分离结构，引起亲水团簇的聚集，从而形成质子传输通道，具有良好的质子传导率，且全氟类材料的稳定性良好；但是全氟磺酸类材料的价格居高不下，难以大规模投入生产；因此，现有技术开发出无氟磺化芳香族质子交换膜作为全氟磺酸类膜材的替代品，如聚醚醚酮类膜材，其质子传导率在0.05S
·
cm
‑1左右，且聚合链中存在规整的苯环结构，膜材的刚度和熔点较高，不易于进行加工。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜及其制备方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜，按照重量百分比计包括：有机
‑
无机骨架化合物8.5
‑
10wt%、有机硅分散剂1.5
‑
2.1wt%、纳米填料0.8
‑
1.4wt%和偶联剂0.4
‑
0.6wt%，余量为耐受铸膜液；所述有机
‑
无机骨架化合物由以下方法制备：步骤A1：将氯化铁、硝酸钴和2
‑
甲基咪唑溶于乙醇溶液，升温至50
‑
60℃，加入碳纳米管超声分散，同时缓慢滴加氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值为8.5，继续升温至82
‑
88℃回流1
‑
1.5h，回流结束离心取下层烘干后置于220
‑
240℃下焙烧5
‑
6h，再将焙烧产物高速粉碎，得到无机配位基体；进一步地，氯化铁、硝酸钴、2
‑
甲基咪唑和碳纳米管的用量比为0.1mol：5
‑
12mmol：35
‑
45mmol：60
‑
80mg，2
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甲基咪唑为配位材料，在溶液状态与铁离子和钴离子相互作用，细
小的碳纳米管作为成核助剂和孔隙支撑材料，碱性条件下铁离子水解形成凝胶状，经过焙烧收缩形成孔隙结构。
[0007]步骤A2：将吡咯单体、无机配位基体和乙醇溶液混合，升温至32
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36℃，设置搅拌速率为120
‑
180rpm，保温搅拌反应15
‑
18h，之后升温至55
‑
65℃，提升搅拌速率为840
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960rpm，加入过硫酸铵溶液，高速搅拌反应1.2
‑
1.5h，抽滤取滤饼用乙醇和水洗涤、研磨、干燥，得到有机
‑
无机骨架化合物；进一步地，吡咯单体、无机配位基体、乙醇溶液和过硫酸铵的用量比为0.1mol：0.26
‑
0.35g：40
‑
55mL：18
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23mg，无机配位基体中金属元素与吡咯单体作用，在无机配位基体富集并在三价铁的催化下初步聚合，形成团簇，之后在过硫酸铵的催化下通过聚合的方式组装。
[0008]所述耐受铸膜液由以下方法制备：步骤B1：将三氟乙醇、三乙胺和二氧六环混合，设置搅拌速率为240
‑
300rpm，升温至65
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75℃，缓慢加入乙烯基苯基二氯硅烷，保温搅拌反应3
‑
4h，反应结束减压旋蒸，得到氟改性单体；进一步地，乙烯基苯基二氯硅烷、三氟乙醇、三乙胺和二氧六环的用量比为0.1mol：0.24
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0.28mol：20
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25mL：120
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160mL。
[0009]步骤B2：将低分子量聚丙烯和二甲苯预升温混合，再加入氟改性单体和丙烯酸，升温至120
‑
130℃，设置搅拌速率为80
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120rpm，缓慢加入过氧化苯甲酰，控制整体加入反应时间为2.5
‑
3.2h，冷却至室温加入松香水调节粘度为65s，得到耐受铸膜液；进一步地，低分子量聚丙烯、氟改性单体、丙烯酸、过氧化苯甲酰和二甲苯的用量比为100g：18
‑
25mmol：5
‑
9mmol：0.2
‑
0.3g：260
‑
300mL。
[0010]一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：将偶联剂用乙醇溶液稀释，再依次加入有机硅分散剂、有机
‑
无机骨架化合物和纳米填料混合，搅拌状态加入耐受铸膜液混合，升温至175
‑
185℃混炼17
‑
22min，得到热熔胶料；步骤S2：将热熔胶料挤出成膜，冷却至120℃双向拉伸定型，再置于70℃下保温匀化30min，冷却后分切，得到耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜。
[0011]优选地，有机硅分散剂为BYK
‑
346。
[0012]优选地，纳米填料为气相二氧化硅。
[0013]优选地，偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术提供制备一种聚丙烯基的热熔胶型隔膜，相较于现有的聚芳醚酮型隔膜可加工性高，制备工艺简单，力学性能良好，可满足氢燃料电池的使用。其中，有机
‑
无机骨架化合物，其以2
‑
甲基咪唑为配位材料，通过溶液法将铁离子和钴离子配位吸附，掺杂少量碳纳米管作为成核助剂和孔隙支撑材料，利用水热法制成具有多孔结构的复合型无机配位基体，形成质子通道，再采用吡咯单体和无机配位基体通过原位聚合法自组装，形成含氮杂环交联的有机
‑
无机网络结构，含氮结构可提供大量的配位位点作为质子的受体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜，其特征在于，按照重量百分比计包括：有机
‑
无机骨架化合物8.5
‑
10wt%、有机硅分散剂1.5
‑
2.1wt%、纳米填料0.8
‑
1.4wt%和偶联剂0.4
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0.6wt%，余量为耐受铸膜液；所述有机
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无机骨架化合物的制备方法为：步骤A1：将氯化铁、硝酸钴和2
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甲基咪唑溶于乙醇溶液，升温至50
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60℃，加入碳纳米管超声分散，同时缓慢滴加氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值为8.5，继续升温至82
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88℃回流1
‑
1.5h，回流结束离心取下层烘干后置于220
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240℃下焙烧5
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6h，再将焙烧产物粉碎，得到无机配位基体；步骤A2：将吡咯单体、无机配位基体和乙醇溶液混合，升温至32
‑
36℃，保温搅拌反应15
‑
18h，之后升温至55
‑
65℃，加入过硫酸铵溶液，高速搅拌反应1.2
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1.5h，抽滤取滤饼用乙醇和水洗涤、研磨、干燥，得到有机
‑
无机骨架化合物。2.根据权利要求1所述的一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜，其特征在于，氯化铁、硝酸钴、2
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甲基咪唑和碳纳米管的用量比为0.1mol：5
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12mmol：35
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45mmol：60
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80mg。3.根据权利要求2所述的一种耐黄变氢燃料电池热熔胶隔膜，其特征在于，吡咯单体、无机配位基体、乙醇溶液和过硫酸铵的用量比为0.1mol：0.26
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0.35g：40
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55mL：18
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23mg。4.根据权利要求1所述的一种耐黄变氢燃料电池热熔胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘偲怡，刘卫峰，
申请(专利权)人：江苏惠沣环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：