CN108649253A - 一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法；该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯，丙酮，无水乙醇，碳纤维粉末，铂纳米粉，表面处理剂，稀盐酸、氨水和纯净水适量；该交换膜的制备步骤包括称量烘干，制备溶胶，老化和表面处理；本发明提供了一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法，该方法提出了新型气溶胶交换膜，该交换膜组份内含有碳纤维粉末，具有较强的机械强度，可以起到很好的支撑连接作用，此外该气溶胶内含有大量的微孔和铂纳米粉末，可以起到很好的催化作用。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法。
背景技术
将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置；燃料电池理论上可在接近100%的热效率下运行，具有很高的经济性；目前实际运行的各种燃料电池，由于种种技术因素的限制，再考虑整个装置系统的耗能，总的转换效率多在45%-60%范围内，如考虑排热利用可达80%以上；此外，燃料电池装置不含或含有很少的运动部件，工作可靠，较少需要维修，且比传统发电机组安静；另外电化学反应清洁、完全，很少产生有害物质；所有这一切都使得燃料电池被视作是一种很有发展前途的能源动力装置。
燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,不受卡诺循环限制,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。同时,随着燃料电池技术不断成熟,以及西气东输工程提供了充足天然气源,燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。
在燃料电池中的离子交换膜和电极是燃料电池中重要组成部分，其功能的好坏极大地影响了燃料电池的性能和效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜，该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯5-10份，丙酮20-40份，无水乙醇20-40份，碳纤维粉末3-5份，铂纳米粉3-5份，表面处理剂3-10份，稀盐酸、氨水和纯净水适量。
优选的，该气凝胶的制备方法包括如下步骤：
a.称量烘干：按重量份数量取正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇、铂纳米粉和表面处理剂，并将碳纤维粉末和铂纳米粉放入烘箱内进行烘干；
b.制备溶胶：将正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇和铂纳米粉混合搅拌，并使用稀盐酸调节溶胶PH值至3-4，反应10-60min后再使用氨水调节溶胶PH值至6-7，随后将溶胶静置为凝胶；
c.老化：将经步骤得到的凝胶放置于室温下老化两天，再倒入无水乙醇，使无水乙醇没过凝胶，于50℃的环境下保温一天；
d.表面处理：将表面处理剂缓慢倒入经过老化处理的凝胶，将其没过，并在室温下放置两天，然后于50-70℃的烘箱内继续保温，然后将液体组分全部倒出，并使用丙酮浸泡凝胶一天，然后将凝胶置于40-80℃的烘箱内干燥5-8天。
优选的，所述表面处理剂的主要成分为三甲基氯硅烷的正己烷溶液，质量分数为10-15%。
优选的，所述步骤a中烘干温度为45-70℃。
优选的，所述步骤b中的碳纤维粉末和铂纳米粉均过100目筛。
有益效果：
本发明提供了一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法，该方法提出了新型气溶胶交换膜，该交换膜组份内含有碳纤维粉末，具有较强的机械强度，可以起到很好的支撑连接作用，此外该气溶胶内含有大量的微孔和铂纳米粉末，可以起到很好的催化作用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜，该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯5份，丙酮30份，无水乙醇40份，碳纤维粉末5份，铂纳米粉3份，表面处理剂3份，稀盐酸、氨水和纯净水适量。
优选的，该气凝胶的制备方法包括如下步骤：
a.称量烘干：按重量份数量取正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇、铂纳米粉和表面处理剂，并将碳纤维粉末和铂纳米粉放入烘箱内进行烘干；
b.制备溶胶：将正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇和铂纳米粉混合搅拌，并使用稀盐酸调节溶胶PH值至4，反应10min后再使用氨水调节溶胶PH值至7，随后将溶胶静置为凝胶；
c.老化：将经步骤得到的凝胶放置于室温下老化两天，再倒入无水乙醇，使无水乙醇没过凝胶，于50℃的环境下保温一天；
d.表面处理：将表面处理剂缓慢倒入经过老化处理的凝胶，将其没过，并在室温下放置两天，然后于50℃的烘箱内继续保温，然后将液体组分全部倒出，并使用丙酮浸泡凝胶一天，然后将凝胶置于40℃的烘箱内干燥6天。
优选的，所述表面处理剂的主要成分为三甲基氯硅烷的正己烷溶液，质量分数为10%。
优选的，所述步骤a中烘干温度为45℃。
优选的，所述步骤b中的碳纤维粉末和铂纳米粉均过100目筛。
实施例2：
一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜，该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯10份，丙酮40份，无水乙醇20份，碳纤维粉末3份，铂纳米粉5份，表面处理剂5份，稀盐酸、氨水和纯净水适量。
优选的，该气凝胶的制备方法包括如下步骤：
a.称量烘干：按重量份数量取正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇、铂纳米粉和表面处理剂，并将碳纤维粉末和铂纳米粉放入烘箱内进行烘干；
b.制备溶胶：将正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇和铂纳米粉混合搅拌，并使用稀盐酸调节溶胶PH值至3，反应25min后再使用氨水调节溶胶PH值至6，随后将溶胶静置为凝胶；
c.老化：将经步骤得到的凝胶放置于室温下老化两天，再倒入无水乙醇，使无水乙醇没过凝胶，于50℃的环境下保温一天；
d.表面处理：将表面处理剂缓慢倒入经过老化处理的凝胶，将其没过，并在室温下放置两天，然后于70℃的烘箱内继续保温，然后将液体组分全部倒出，并使用丙酮浸泡凝胶一天，然后将凝胶置于80℃的烘箱内干燥5天。
优选的，所述表面处理剂的主要成分为三甲基氯硅烷的正己烷溶液，质量分数为15%。
优选的，所述步骤a中烘干温度为60℃。
优选的，所述步骤b中的碳纤维粉末和铂纳米粉均过100目筛。
实施例3：
一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜，该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯7份，丙酮20份，无水乙醇25份，碳纤维粉末4份，铂纳米粉4份，表面处理剂7份，稀盐酸、氨水和纯净水适量。
优选的，该气凝胶的制备方法包括如下步骤：
a.称量烘干：按重量份数量取正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇、铂纳米粉和表面处理剂，并将碳纤维粉末和铂纳米粉放入烘箱内进行烘干；
b.制备溶胶：将正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇和铂纳米粉混合搅拌，并使用稀盐酸调节溶胶PH值至3，反应40min后再使用氨水调节溶胶PH值至6，随后将溶胶静置为凝胶；
c.老化：将经步骤得到的凝胶放置于室温下老化两天，再倒入无水乙醇，使无水乙醇没过凝胶，于50℃的环境下保温一天；
d.表面处理：将表面处理剂缓慢倒入经过老化处理的凝胶，将其没过，并在室温下放置两天，然后于60℃的烘箱内继续保温，然后将液体组分全部倒出，并使用丙酮浸泡凝胶一天，然后将凝胶置于60℃的烘箱内干燥6天。
优选的，所述表面处理剂的主要成分为三甲基氯硅烷的正己烷溶液，质量分数为15%。
优选的，所述步骤a中烘干温度为70℃。
优选的，所述步骤b中的碳纤维粉末和铂纳米粉均过100目筛。
实施例4：
一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜，该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯9份，丙酮25份，无水乙醇30份，碳纤维粉末3份，铂纳米粉5份，表面处理剂9份，稀盐酸、氨水和纯净水适量。
优选的，该气凝胶的制备方法包括如下步骤：
a.称量烘干：按重量份数量取正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇、铂纳米粉和表面处理剂，并将碳纤维粉末和铂纳米粉放入烘箱内进行烘干；
b.制备溶胶：将正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇和铂纳米粉混合搅拌，并使用稀盐酸调节溶胶PH值至4，反应60min后再使用氨水调节溶胶PH值至6，随后将溶胶静置为凝胶；
c.老化：将经步骤得到的凝胶放置于室温下老化两天，再倒入无水乙醇，使无水乙醇没过凝胶，于50℃的环境下保温一天；
d.表面处理：将表面处理剂缓慢倒入经过老化处理的凝胶，将其没过，并在室温下放置两天，然后于60℃的烘箱内继续保温，然后将液体组分全部倒出，并使用丙酮浸泡凝胶一天，然后将凝胶置于50℃的烘箱内干燥6天。
优选的，所述表面处理剂的主要成分为三甲基氯硅烷的正己烷溶液，质量分数为13%。
优选的，所述步骤a中烘干温度为50℃。
优选的，所述步骤b中的碳纤维粉末和铂纳米粉均过100目筛。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜，其特征在于：该交换膜包括以下重量份数的原料：正硅酸乙酯5-10份，丙酮20-40份，无水乙醇20-40份，碳纤维粉末3-5份，铂纳米粉3-5份，表面处理剂3-10份，稀盐酸、氨水和纯净水适量。
2.根据权利要求1所述的一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法，其特征在于：该气凝胶的制备方法包括如下步骤：
a.称量烘干：按重量份数量取正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇、铂纳米粉和表面处理剂，并将碳纤维粉末和铂纳米粉放入烘箱内进行烘干；
b.制备溶胶：将正硅酸乙酯、丙酮、碳纤维粉末、无水乙醇和铂纳米粉混合搅拌，并使用稀盐酸调节溶胶PH值至3-4，反应10-60min后再使用氨水调节溶胶PH值至6-7，随后将溶胶静置为凝胶；
c.老化：将经步骤得到的凝胶放置于室温下老化两天，再倒入无水乙醇，使无水乙醇没过凝胶，于50℃的环境下保温一天；
d.表面处理：将表面处理剂缓慢倒入经过老化处理的凝胶，将其没过，并在室温下放置两天，然后于50-70℃的烘箱内继续保温，然后将液体组分全部倒出，并使用丙酮浸泡凝胶一天，然后将凝胶置于40-80℃的烘箱内干燥5-8天。
3.根据权利要求1所述的一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法，其特征在于：所述表面处理剂的主要成分为三甲基氯硅烷的正己烷溶液，质量份数为10-15%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤a中烘干温度为45-70℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强度具有催化功能的气凝胶交换膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤b中的碳纤维粉末和铂纳米粉均过100目筛。
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|---|---|---|---|---|
| CN109719816A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-05-07 | 安徽兴华农庄有限公司 | 一种具有弹性的园林防腐木及其制备方法 |
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2018
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Application publication date: 20181012 |
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