CN108232254A - 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108232254A
CN108232254A CN201611177514.XA CN201611177514A CN108232254A CN 108232254 A CN108232254 A CN 108232254A CN 201611177514 A CN201611177514 A CN 201611177514A CN 108232254 A CN108232254 A CN 108232254A
Authority
CN
China
Prior art keywords
exchange membrane
proton exchange
mil
pvdf
tablet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611177514.XA
Other languages
English (en)
Inventor
周明强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sino Hydrogen New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Sino Hydrogen New Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sino Hydrogen New Energy Technology Co Ltd filed Critical Sino Hydrogen New Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201611177514.XA priority Critical patent/CN108232254A/zh
Publication of CN108232254A publication Critical patent/CN108232254A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池PEMFC用质子交换膜的制备方法，使用金属有机骨架材料MIL‑101‑SO3H作为质子交换膜的质子导电成分，制备高导电性的质子交换膜材料；本发明的优点在于：制作简单，成本低；对于温度和含水量要求大大降低，对于温度、含水量的依赖程度大大降低，具有很强的适用性，通过提高工作温度来提高电极反应速度，并克服催化剂中毒失效。

Description

一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种质子交换膜，具体地说是一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，属于质子交换膜领域。
背景技术
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是通过电化学反应将氢能转化成电能的装置，由于不经过卡诺循环，具有效率高、污染物排放少的特点，对于缓解环境污染、提高人民生活质量有着重要的作用。质子交换膜作为PEMFC的核心组件，对于提高PEMFC的性能有着至关重要的作用。目前，商用的质子交换膜主要是杜邦公司生产的Nafion膜，由于其有的大量的磺酸基团（–SO3H），使得材料本身具有很高的质子导电性。但是，Nafion稳定性差、成本高的缺点严重限制了质子交换膜燃料电池应用推广。金属有机骨架材料是近年来兴起的一种多孔晶体材料，其具有的可调节性和可设计性使得该类材料在PEMFC用质子交换膜领域有着潜在的应用价值。MIL-101-SO3H是一种具有超高稳定性的三维网状金属有机骨架材料，化学式为{Cr3(H2O)3O[(O2C)–C6H3(SO3H)–(CO2)]2[(O2C)–C6H3(SO3)–(CO2)]}·nH2O。其材料内部含有大量的介孔结构，孔径为3nm，并含有大量的–SO3H，因此可与水分子形成大量的氢键，增加材料持水和保水能力。但是，目前国内外均未报道MIL-101-SO3H的质子导电性。聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温色变性和耐氧化性、耐磨性、柔韧性等特点，被视为一种良好的膜材料并在很多领域中得到应用。但是PVDF亲水性差，不利于质子的传递。。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法，将MIL-101-SO3H引入到PVDF膜中制备质子导电膜，既利用了PVDF良好的成膜性能，又增加了膜的亲水保水能力，从而提高了膜的导电性和稳定性，对于提高PEMFC性能同时降低PEMFC的成本具有重要的意义。
本发明的技术方案为：
一种质子交换膜燃料电池PEMFC用质子交换膜的制备方法，使用金属有机骨架材料MIL-101-SO3H作为质子交换膜的质子导电成分，制备高导电性的质子交换膜材料，具体步骤如下：
（1）将PVDF溶于1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中，制成胶液；
（2）将MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液；
其中，聚合物（指的是PVDF）与有机溶剂（指的是NMP）所组成的混合物与MIL-101-SO3H的质量比为1︰0.001～1:1。
（3）将步骤（2）得到的混合胶液置于平板上，用刮膜器进行平板刮膜，然后将所得膜与平板置于去离子水中，使膜与平板分离，得到质子交换膜。
步骤（1）中所述PVDF/1-甲基-2吡咯烷酮溶液中PVDF的质量分数为10%-23%。
步骤（2）中所述MIL-101-SO3H在MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液的质量分数为0.01%-80%。
步骤（3）中所述平板刮膜的厚度为20-500μm，所制备的膜的厚度为15-480μm。
本发明的优点在于：本发明的甲醇燃料电池用质子交换膜的制备方法所制成的质子膜，相对于Nafion系列膜制作简单，成本低；对于温度和含水量要求大大降低，对于温度、含水量的依赖程度大大降低，具有很强的适用性，通过提高工作温度来提高电极反应速度，并克服催化剂中毒失效。
下面结合附图和实施对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的质子交换膜的X射线衍射图；
（注：由于该实施例中由于MIL-101-SO3H的含量较高，占MIL-101-SO3H/PVDF膜质量的50%（不计水的质量），导致MIL-101-SO3H的衍射峰强度很强，从而掩盖了PVDF的衍射信号，而只表现出MIL-101-SO3H的衍射信号）。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将100g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将100g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。
实施例2
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将50g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将100g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。
实施例3
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将25g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将100g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。
实施例4
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将100g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将50g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。
实施例5
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将100g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将25g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。
实施例6
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将100g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将10g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。
实施例7
一种质子交换膜燃料电池（PEMFC）用质子交换膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）将100g PVDF溶于400g NMP中，制成胶液。
（2）将5g MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液。
（3）将步骤（2）中得到混合胶液置于在平板上，进行刮膜，之后将所得膜与平板置于去离子水中得到质子交换膜。

Claims (5)

1.一种质子交换膜燃料电池PEMFC用质子交换膜的制备方法，其特征在于：使用金属有机骨架材料MIL-101-SO3H作为质子交换膜的质子导电成分，制备高导电性的质子交换膜材料，具体步骤如下：
（1）将PVDF溶于1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中，制成胶液；
（2）将MIL-101-SO3H加入步骤（1）所制备的胶液中，随后搅拌均匀，得到MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液；
其中，聚合物PVDF与有机溶剂NMP所组成的混合物与MIL-101-SO3H的质量比为1︰0.001～1:1。
2.（3）将步骤（2）得到的混合胶液置于平板上，用刮膜器进行平板刮膜，然后将所得膜与平板置于去离子水中，使膜与平板分离，得到质子交换膜。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述PVDF/1-甲基-2吡咯烷酮溶液中PVDF的质量分数为10%-23%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述MIL-101-SO3H在MIL-101-SO3H/PVDF/NMP的混合胶液的质量分数为0.01%-80%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述平板刮膜的厚度为20-500μm，所制备的膜的厚度为15-480μm。
CN201611177514.XA 2016-12-19 2016-12-19 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法 Pending CN108232254A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611177514.XA CN108232254A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611177514.XA CN108232254A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108232254A true CN108232254A (zh) 2018-06-29

Family

ID=62651619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611177514.XA Pending CN108232254A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108232254A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109768308A (zh) * 2019-01-16 2019-05-17 上海杰好生物科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法
CN110791045A (zh) * 2018-08-01 2020-02-14 孝感市思远新材料科技有限公司 一种金属有机框架膜及其制备、在识别硝基爆炸物上的应用
CN111313064A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 有机-mof复合碱性聚合物电解质膜的制备方法及该膜
CN111313063A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种有机-mof复合碱性聚合物电解质膜的制备方法及该膜
WO2021189161A1 (en) * 2020-03-22 2021-09-30 Solid Ultrabattery Inc. All solid-state electrolyte composite based on functionalized metal-organic framework materials for li thoum secondary battery and method for manufacturing the same
CN115521560A (zh) * 2022-08-18 2022-12-27 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种耐-40—15℃低温的密封用复合材料、制备方法及传感器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014191725A1 (en) * 2013-05-27 2014-12-04 The Queen's University Of Belfast Process for the preparation of a metal-organic compound
US20150087044A1 (en) * 2011-06-16 2015-03-26 Shengqian Ma Polyhedral cage-containing mesoporous metal-organic frameworks as platform for biocatalysis, methods of making these frameworks, and methods of using these frameworks
CN104492383A (zh) * 2014-12-09 2015-04-08 浙江大学 一种金属有机框架吸附剂及其制备方法和应用
CN105789668A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 中国科学院化学研究所 金属有机骨架材料/聚合物复合质子交换膜的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150087044A1 (en) * 2011-06-16 2015-03-26 Shengqian Ma Polyhedral cage-containing mesoporous metal-organic frameworks as platform for biocatalysis, methods of making these frameworks, and methods of using these frameworks
WO2014191725A1 (en) * 2013-05-27 2014-12-04 The Queen's University Of Belfast Process for the preparation of a metal-organic compound
CN104492383A (zh) * 2014-12-09 2015-04-08 浙江大学 一种金属有机框架吸附剂及其制备方法和应用
CN105789668A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 中国科学院化学研究所 金属有机骨架材料/聚合物复合质子交换膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHEN LI: "Enhanced proton conductivity of proton exchange membranes by incorporating sulfonated metal-organic frameworks", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110791045A (zh) * 2018-08-01 2020-02-14 孝感市思远新材料科技有限公司 一种金属有机框架膜及其制备、在识别硝基爆炸物上的应用
CN111313064A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 有机-mof复合碱性聚合物电解质膜的制备方法及该膜
CN111313063A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种有机-mof复合碱性聚合物电解质膜的制备方法及该膜
CN109768308A (zh) * 2019-01-16 2019-05-17 上海杰好生物科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法
WO2021189161A1 (en) * 2020-03-22 2021-09-30 Solid Ultrabattery Inc. All solid-state electrolyte composite based on functionalized metal-organic framework materials for li thoum secondary battery and method for manufacturing the same
CN115521560A (zh) * 2022-08-18 2022-12-27 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种耐-40—15℃低温的密封用复合材料、制备方法及传感器
CN115521560B (zh) * 2022-08-18 2023-11-03 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种耐-40—15℃低温的密封用复合材料、制备方法及传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108232254A (zh) 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法
CN104617247B (zh) 一种串接叠层锂硫电池的制备方法
CN104592541B (zh) 微孔聚苯并咪唑膜及改性聚苯并咪唑为隔膜的锂硫电池
CN104971760B (zh) 含硫、氮和过渡金属元素大孔碳氧还原催化剂的制备方法
CN106450102A (zh) 用于锂硫电池的石墨改性隔膜及其制备方法与构成的锂硫电池
CN104900848B (zh) 长寿命锂硫电池正极及锂硫电池的制备方法
CN102867929B (zh) 一种复合阴离子交换膜及其制备和应用
CN109244537A (zh) 复合固态电解质、其制备方法及其应用
CN105047984B (zh) 一种抑制聚硫离子穿梭的高锂离子传导锂硫电池
CN108711636A (zh) 一种组合电解液型双离子摇椅式二次电池及其制备方法
CN111333892B (zh) 一种有机/无机两性离子传导复合膜的制备方法
CN104900847B (zh) 利用吡咯单体原位聚合的硫电极的制备方法
CN104600323A (zh) 一种基于碳纳米管纸阳极的高输出功率直接甲醇燃料电池膜电极
CN110943258A (zh) 一种pvdf-hfp复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜及其制备方法
CN109802131A (zh) 锂离子电池及其负极片及负极材料及制备工艺
CN106207120A (zh) 一种硅/聚合物复合材料及其制备方法和应用
CN105226223B (zh) C基多孔复合膜及其应用
CN114824206B (zh) 一种长寿命高首效硬碳复合材料及其制备方法
CN109768308A (zh) 一种质子交换膜燃料电池用质子交换膜的制备方法
CN115799622A (zh) 一种复合固态电解质颗粒及其制备方法和应用
CN105895918A (zh) 一种铅蓄电池负极活性物质添加剂
CN108695518A (zh) 一种锂电池用正极集流体的制备方法
CN109713266B (zh) 一种锂离子电池负极材料及其制备方法
CN108102124A (zh) 一种改性环氧硅烷燃料电池质子交换膜的制备方法
CN108232168B (zh) 改性磷酸铁锂复合材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180629