用于燃料电池或基于燃料电池技术的反应器的质子传导膜（１３）由容许质子从膜的一侧迁移到另一侧的用磺酸改性的聚丙烯酰胺薄板构成。这种膜不受在ＤＭＦＣ电池中常见的反应物的影响，和对于除了质子／水合氢离子以外的离子是不能透过的，并且其不传导电子。所述磺酸优选由对－氯苯磺酸组成。作为交联剂，Ｎ，Ｎ’－亚甲基－双－丙烯酰胺适合地与Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－四亚甲基二胺组合使用，并且硬化反应由过氧盐、合适地为过硫酸铵引发。优选地，在电池中原位进行该膜的模塑。这导致密封得以改善以及消除了与薄膜的安装有关的损坏该薄膜的风险，并且同与压制有关的情况比较起来，催化剂更好地“蠕动”到膜壁内。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术沙.本专利技术还涉及制造所述质子传导膜的方法' 在本文中，电极。本文中的质子传导膜是指具有在其一侧上接收质子/水合氢离子和在其 另一侧上放出相应数量的质子的能力的膜。当一个质子从一侧进入膜时，另 一个质子被从另一侧推出。该膜还不容许电子在相反方向上的通过，并且除H"/H30+之外的其它离子的通过是不期望的。此外，在本文中DMFC理解为由液态曱醇驱动的燃料电池(直接曱醇燃 料电池)，该燃料电池包括具有阳极和用于阳极反应的催化剂的阳极侧、具 有阴极和用于阴极反应的催化剂的阴极侧、以及将阳极侧和阴极侧彼此隔开 的中间膜。
技术介绍
由直接曱醇驱动的燃料电池是先前已知的，参见例如在 http:〃www. wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-051205-151955/unrestricted/A.Hac guard.pdf上公布的Alexandre Hacquard, Improving and Understanding Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) Performance(提交给 Worcester Polytechnic Institute教员的论文)。在可获得的优点中，可提及.'燃料是液态的，因此使 得能够快速加燃料；可紧凑设计的燃料电池以及曱醇两者可以低的成本生 产；以及燃料电池可设计用于许多不同的固定或者移动/便携式应用。此外， DMFC型燃料电池是环境友好的，仅排放出水和二氧化碳；不形成硫或者氮 的氧化物。在上述出版物中，所公开的燃料电池中的阳极和阴极由石墨构成并且在 它们各自的一侧上均设有通道系统等，在阳极处用于供给液态甲醇-水混合物并且在阴极处用于供给氧(纯氧或者空气氧)。在阳极和阴极之间有质子传 导膜，并且分别在膜与阳极和阴极之间具有所谓的气体扩散层。而且，气体 扩散层或者膜在阳极侧上载有Pt和Rll催化剂，并且在阴极侧上载有单独的 Pt催化剂。气体扩散层由碳布或碳纸构成。在阳极侧上，气体扩散层接收与 曱醇在阳极催化剂上的氧化有关的形成的co2并且容许其向上扩散到上端 面，在所述上端面处形成C02气泡。在阴极侧上，所供给的氧气通过气体扩 散层并且与通过膜的电子和质子反应以形成水。与用于由直接曱醇驱动的其它燃料电池的膜类似，此处的膜由NafionTM(磺化的PTFE型聚合物)构成。 催化剂以有机溶剂、细粉状催化剂颗粒和Nafion 溶液的油墨形式涂布在气 体扩散层上或者膜上，之后让溶剂挥发。 一般认为对于质子向膜的有效传输， 具有Nafion 网络是必须的。此外，由此制备的气体扩散层用作电极。然而，已经表明NafionTM不具有期望的耐曱醇性，而且当暴露于2M(约 6%)曱醇时已经开始溶解。而且，已知的DMFC型燃料电池由于曱醇在阳极 处緩慢的电化学氧化且曱醇能够穿过PEM膜(聚合物电解质膜)迁移到其中 氧化曱醇的阴极而具有太低的功率密度。这不仅导致燃料损失，而且导致所 形成的一氧化碳使在阴极处所使用的铂催化剂中毒，这导致降低的效率。反应的复杂性使得难以获得令人满意的产率。US-Bl-6444343(Prakash等)综述了在1959年就已经开始的许多不同的 PEM膜，那时建议通过苯酚磺酸和曱醛的缩合制造这样的用于H2/02燃料电 池的膜。对于在这样的燃料电池中的膜，还可使用部分磺化的聚苯乙烯，并 且该膜还可由具有惰性碳氟化合物基体的交联苯乙烯-二乙烯基苯制造，然 后磺化，或者由a,(3，P-三氟苯乙烯-磺酸的均聚物制造。考虑到对于这样的材 料所提及的缺点，尤其是与DMFC型燃料电池的使用有关的缺点，在'343 中建议由在聚(偏二氟乙烯)惰性基体内的交联聚苯乙烯磺酸制造该膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供不受DMFC电池中的反应物影响并且除质子/水合 氢离子之外的离子基本上不能透过的质子传导膜。在
部分中所提及的膜中，该目的通过根据本专利技术的由用磺酸改 性的聚丙烯酰胺构成的膜而实现。这样的膜不受DMFC电池中的反应物的 侵蚀，并且磺酸具有容许质子/水合氢离子转移通过凝胶、同时基本上防止其它离子通过的低pKa。可使用所有可与酰胺氮结合的磺酸，但是例如1-氯四氟亚乙基磺酸(l-chlorotetrafluoroethylene sulfonic acid)昂贵和氯磺酸可形成不艽全稳定的 产物。因此，磺酸优选由对-氯苯磺酸组成。上述目标还连同由用磺酸改性的聚合物制造用于燃料电池或基于燃料 电池技术的反应器的质子传导膜的方法一起实现，根据本专利技术，该方法通过 如下进行将聚丙烯酰胺与对-氯苯磺酸在水中混合并在搅拌的同时加热至 沸点，之后使该溶液緩慢冷却，当该溶液达到室温时，加入提供最终聚合物 的稳定空间构型的交联剂(cross-binder),通过加入硬化剂(setting agent)引发 实际的聚合反应，以及在所获得的混合物硬化之前对其进行原位模塑以形成 膜。用对-氯苯磺酸改性的聚丙烯酰胺解决了较高含量的甲醇可侵蚀其它聚 合物材料的膜以及曱醇倾向于迁移穿过膜并由此损害电池效率的问题。如果 在膜的另一侧上有液体，可几乎完全消除曱醇穿过所述改性聚丙烯酰胺的膜 的自发扩散，这意味着该类型的膜尤其相当适合用于在两个半电池(cell halves)中均具有液体的电池。此外，丙烯酰胺购买4更宜。作为交联剂，N，N，-亚曱基-双-丙烯酰胺优选与N,N,N，，N，-四亚甲基二胺 (N,N,N，,N，-tetramethylene diamine)组合使用，其为最终聚合物提供稳定的空 间构型，并且作为引发实际的聚合反应的硬化剂，使用过氧盐如过碳酸钠、 过苯曱酸钠等，但优选过硫酸铵。在加入硬化剂后，将混合物模塑，优选在燃料电池中或在基于燃料电池 技术的反应器中原位模塑，以形成膜。据此可在电池中原位进行的模塑可在 短时间，约40秒内完成。与嵌入燃料电池或反应器内部的单独制造的膜相 比，该实施方式导致密封得以改善以及消除了与薄膜的安装有关的损坏该薄 膜的风险，并且同与压制有关的情况比较起来，催化剂更好地"蠕动，，到膜 壁内。附图说明在下面，将参照优选实施方式和附图更详细地描述本专利技术。 图1为显示DMFC型燃料电池装置的原理流程图，其中在燃料电池中 液态甲醇逐步氧化以形成二氧化碳和水。图2为根据图1的燃料电池装置的横截面视图，显示电极、中间膜和流体通道的优选布置。图3-4为两个不同流型的平面视图，其中可将反应物引导至各装置内部。 图5是所制备的用于在电极之间模塑质子传导膜的电池的简化的横截面图。具体实施例方式在图1中的原理流程图中所示的DMFC型燃料电池装置中，液态曱醇 在燃料电池中逐步氧化为二氧化碳和水。所示的燃料电池装置包括流动状态 串联连接的三个燃料电池1、2和3,用于在三个单独的步骤中进行逐步氧化。 各个燃料电池包括阳极11、阴极12和将它们彼此隔开的膜13。在阳极侧上， 在第一个步骤1中曱醇氧化为曱醛，在第二个步骤2中所获得的曱醛氧化为 曱酸，并且在第三个步骤3中所获得的曱酸氧化为二氧化碳。在阴极侧上， 新鲜供应的过氧化氢在各步骤1-3中还原以形成水。适当控制对不同步骤的 氧化剂的供应使得在每个单独的步骤中在阳极侧和阴极侧上的反应处本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于燃料电池或基于燃料电池技术的反应器的质子传导膜（１３），所述膜（１３）由用磺酸改性的聚丙烯酰胺的薄片构成，所述用磺酸改性的聚丙烯酰胺容许质子从所述膜的一侧迁移到另一侧，所述质子传导膜（１３）的特征在于，所述磺酸为对－氯苯磺酸。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔夫拉森，奥洛夫达尔伯格，
申请(专利权)人：莫菲克科技股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]
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