CN1461070A - 一种耐温质子交换膜制备方法 - Google Patents
一种耐温质子交换膜制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1461070A CN1461070A CN03136614A CN03136614A CN1461070A CN 1461070 A CN1461070 A CN 1461070A CN 03136614 A CN03136614 A CN 03136614A CN 03136614 A CN03136614 A CN 03136614A CN 1461070 A CN1461070 A CN 1461070A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- proton exchange
- heatproof
- room temperature
- membrane preparation
- exchange membrane
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明公开了属于燃料电池材料制备技术范围的用聚合物与无机材料进行掺杂来制备质子交换膜的一种耐温质子交换膜的制备方法。其制备是将膜基体高分子聚合物溶到溶剂中,加入无机物,形成悬浮物。通过纳米破碎技术对该悬浮物进行破碎,得到分散均匀的混合物,用浇注法制膜。这种技术是用高温聚合物作为质子交换膜的高分子材料,将微米、亚微米、纳米、亚纳米的无机物质等按一定比例共存、混合,将无机材料固定到杂环高分子网络中形成高离子传导性的新型网络型高分子固体电解质体系,其形成的膜结构相当致密。本发明可用于质子交换膜燃料电池作为质子交换膜,提高燃料电池用质子交换膜的成膜性、稳定性和使用温度,使电堆具有更好的电化学稳定性和可靠性,提高燃料电池的比功率。提高质子交换膜的耐甲醇渗透能力、成膜性和使用寿命。降低了燃料电池的成本,为燃料电池商业化应用提供了可能。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池材料制备技术范围,特别涉及用聚合物与无机材料进行掺杂来制备质子交换膜的一种耐温质子交换膜制备方法。
背景技术
为了提高现有质子交换膜的使用温度,提高燃料电池的比功率,掺杂无机物是通用的一种方法。为了使无机物与高分子聚合物混合均匀、稳定,现有技术中解决的方法是采用溶胶-凝胶工艺。溶胶-凝胶法涉及作为反应物的氧化物或氢氧化物浓溶胶的制备,以及通过除去溶剂使其转化为半硬或凝胶的过程,将杂多酸溶解在有机溶剂中,经过水解与缩聚而逐渐凝胶化,在经过干燥等后处理工序,最后制得所需的材料。它存在一些不足之处,如工艺参数的控制极为困难,难以实行大型工业化生产,原材料极为昂贵等等,这些因素不同程度上都限制着它的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐温质子交换膜制备方法,其特征在于:将高分子聚合物溶到溶剂中,加入无机物,形成悬浮物。通过纳米破碎技术对该悬浮物进行破碎,得到分散均匀的混合物,浇注制膜,固化,水中脱膜即得到耐温质子交换膜;其耐温质子交换膜制备步骤为:
1).将高分子聚合物、杂多酸、无机材料以1-2∶2-4∶4-6的比例溶在有机溶剂中,形成预混物;
2).用60-380Mpa的超高压混合预混物;
3).导入超声波,在微米、纳米颗粒上加载多种复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4).将以上形成的浆料在室温下浇注成膜,室温下固化2-6小时,然后在惰性气氛中,100-300℃下或在100pa真空中,100-150℃下固化2-8小时,冷却至室温,水中脱膜。
所述高分子聚合物为聚醚酮、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜的任意一种,或2-3种的复合物。
所述杂多酸如磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸与由复合阴离子如PMo12O40 3-和水合阳离子如H3·nH2O3+组成的无机物。
所用溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
本发明的有益效果是用聚合物与无机材料进行掺杂来制备质子交换膜的技术,用高温聚合物作为质子交换膜的高分子材料,将无机材料固定到杂环高分子网络中形成高离子传导性的新型网络型高分子固体电解质体系,其形成的膜结构相当致密。可用于质子交换膜燃料电池作为质子交换膜,提高燃料电池用质子交换膜的成膜性、稳定性和使用温度,使电堆具有更好的电化学稳定性和可靠性,提高燃料电池的比功率。
具体实施实例
本发明为一种耐温质子交换膜的制备方法。将高分子聚合物溶到溶剂中,加入无机物,形成悬浮物。通过纳米破碎技术对该悬浮物进行破碎,得到分散均匀的混合物,用浇注法制膜,固化,水中脱膜即得到耐温质子交换膜;其耐温质子交换膜制备步骤为:
1).将高分子聚合物、杂多酸、无机材料以1-2∶2-4∶4-6的比例溶在有机溶剂中,形成预混物;
2).用60-380Mpa的超高压混合预混物;
3).导入超声波,给微米、纳米颗粒加复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4).将以上形成的浆料室温下浇注成膜后,室温下固化2-6小时,然后在惰性气氛中,100-300℃下或在100pa真空中,100-150℃下固化2-8小时,冷却至室温,水中脱膜。
所述高分子聚合物为聚醚酮、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜的任意一种,或2~3种的复合物。
所述杂多酸如磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸与由复合阴离子(如PMo12O40 3-)和水合阳离子(如H3·nH2O3+)组成的无机物。
所用溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
下面举实例对本发明予以说明:实例1:
1)将2份高分子聚合物聚苯并咪唑、3份杂多酸磷钼酸、和5份二氧化硅溶在有机溶剂二甲基甲酰胺中,形成预混物;
2)用12Mpa的超高压混合预混物;
3)导入超声波,给微米、纳米颗粒加复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4)将以上形成的浆料室温下浇注成膜后,室温下固化2小时,然后惰性气氛120℃下固化4小时,冷却至室温,水中脱膜,得到耐温质子交换膜。实例2:
1)将2份高分子聚合物聚醚酮、3份杂多酸硅钨酸、和5份二氧化硅溶在有机溶剂二甲基亚砜中,形成预混物;
2)用100Mpa的超高压混合预混物;
3)导入超声波,给微米、纳米颗粒加复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4)将以上形成的浆料室温下浇注成膜后,室温下固化4小时,然后惰性气氛180℃下固化4小时,冷却至室温,水中脱膜,得到耐温质子交换膜。实例3:
1)将2份高分子聚合物聚酰亚胺、3份杂多酸磷钨酸、和5份二氧化硅溶在有机溶剂二甲基乙酰胺中,形成预混物;
2)用120Mpa的超高压混合预混物;
3)导入超声波,给微米、纳米颗粒加复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4)将以上形成的浆料室温下浇注成膜后,室温下固化3小时,然后惰性气氛250℃下固化4小时,冷却至室温,水中脱膜,得到耐温质子交换膜。实例4:
1)将2份高分子聚合物聚酰亚胺、3份杂多酸磷钨酸、和5份二氧化硅溶在有机溶剂二甲基乙酰胺中,形成预混物;
2)用120Mpa的超高压混合预混物;
3)导入超声波,给微米、纳米颗粒加复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4)将以上形成的浆料室温下浇注成膜后,室温下固化3小时,然后在100pa真空中,150℃下固化3小时,冷却至室温,水中脱膜,得到耐温质子交换膜。
Claims (4)
1.一种耐温质子交换膜制备方法,其特征在于:将高分子聚合物溶到溶剂中,加入无机物,形成悬浮物,通过纳米破碎技术对该悬浮物进行破碎,得到分散均匀的混合物,浇注制膜,固化,水中脱膜即得到耐温质子交换膜;其耐温质子交换膜制备步骤为:
1).将高分子聚合物、杂多酸、无机材料以1-2∶2-4∶4-6的比例溶在有机溶剂中,形成预混物;
2).用60-380Mpa的超高压混合预混物;
3).导入超声波,在微米、纳米颗粒上加载多种复合作用力,进行高分子材料的纳米粒径破碎和整链处理;
4).将以上形成的浆料在室温下浇注成膜,室温下固化2-6小时,然后在惰性气氛中,100-300℃下或在100pa真空中,100-150℃下固化2-8小时,冷却至室温,水中脱膜。
2.根据权利要求1所述耐温质子交换膜制备方法,其特征在于:所述高分子聚合物为聚醚酮、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氧乙烯醚、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜的任意一种,或2-3种的复合物。
3.根据权利要求1所述耐温质子交换膜制备方法,其特征在于:所述杂多酸如磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸与由复合阴离子如PMo12O40 3-和水合阳离子如H3·nH2O3+组成的无机物。
4.根据权利要求1所述耐温质子交换膜制备方法,其特征在于:所用溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB031366147A CN1207804C (zh) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 一种质子交换膜制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB031366147A CN1207804C (zh) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 一种质子交换膜制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1461070A true CN1461070A (zh) | 2003-12-10 |
CN1207804C CN1207804C (zh) | 2005-06-22 |
Family
ID=29591304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB031366147A Expired - Fee Related CN1207804C (zh) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 一种质子交换膜制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1207804C (zh) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100373679C (zh) * | 2004-06-17 | 2008-03-05 | 三星Sdi株式会社 | 具有离子交换能力的改性无机材料及包含它的复合电解质膜和燃料电池 |
CN100448081C (zh) * | 2007-06-06 | 2008-12-31 | 武汉理工大学 | 经矿物纤维保湿的燃料电池质子交换膜及其制备方法 |
CN100454635C (zh) * | 2007-03-29 | 2009-01-21 | 武汉理工大学 | 一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法 |
CN100565994C (zh) * | 2007-12-20 | 2009-12-02 | 成都中科来方能源科技有限公司 | 燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法 |
CN101238609B (zh) * | 2005-04-01 | 2010-09-08 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池组件的氟化物离子清除剂 |
CN1965425B (zh) * | 2004-05-04 | 2010-11-10 | 埃电源有限公司 | 膜和含有该膜的电化学电池 |
US8124294B2 (en) | 2006-10-04 | 2012-02-28 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Polymer electrolyte membrane comprising inorganic nanoparticle bonded with proton-conducting group and solid acid, fuel cell including the same, and method of preparing the polymer electrolyte membrane |
US8232025B2 (en) | 2004-05-04 | 2012-07-31 | SOCIéTé BIC | Electrochemical cells having current-carrying structures underlying electrochemical reaction layers |
CN103351472A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-10-16 | 内蒙古科技大学 | 硅钨酸-二氧化硅聚酰亚胺质子交换膜的制备方法 |
US8790842B2 (en) | 2007-09-25 | 2014-07-29 | Societe Bic | Fuel cell systems including space-saving fluid plenum and related methods |
US9472817B2 (en) | 2008-02-29 | 2016-10-18 | Intelligent Energy Limited | Electrochemical cell and membranes related thereto |
CN107546399A (zh) * | 2016-06-29 | 2018-01-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 主链与离子交换基团分离的离子交换膜及其制备和应用 |
CN112151842A (zh) * | 2019-06-27 | 2020-12-29 | 华南理工大学 | 一种多酸基电解质导体材料及其制备方法和应用 |
CN112820922A (zh) * | 2019-11-18 | 2021-05-18 | 坤艾新材料科技(上海)有限公司 | 陶瓷颗粒增强高温质子交换膜及其制造方法、电化学设备 |
-
2003
- 2003-05-19 CN CNB031366147A patent/CN1207804C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1965425B (zh) * | 2004-05-04 | 2010-11-10 | 埃电源有限公司 | 膜和含有该膜的电化学电池 |
US8232025B2 (en) | 2004-05-04 | 2012-07-31 | SOCIéTé BIC | Electrochemical cells having current-carrying structures underlying electrochemical reaction layers |
US8628890B2 (en) | 2004-05-04 | 2014-01-14 | Societe Bic | Electrochemical cells having current-carrying structures underlying electrochemical reaction layers |
US9017892B2 (en) | 2004-05-04 | 2015-04-28 | Societe Bic | Electrochemical cells having current-carrying structures underlying electrochemical reaction layers |
CN100373679C (zh) * | 2004-06-17 | 2008-03-05 | 三星Sdi株式会社 | 具有离子交换能力的改性无机材料及包含它的复合电解质膜和燃料电池 |
CN101238609B (zh) * | 2005-04-01 | 2010-09-08 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池组件的氟化物离子清除剂 |
US8124294B2 (en) | 2006-10-04 | 2012-02-28 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Polymer electrolyte membrane comprising inorganic nanoparticle bonded with proton-conducting group and solid acid, fuel cell including the same, and method of preparing the polymer electrolyte membrane |
CN100454635C (zh) * | 2007-03-29 | 2009-01-21 | 武汉理工大学 | 一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法 |
CN100448081C (zh) * | 2007-06-06 | 2008-12-31 | 武汉理工大学 | 经矿物纤维保湿的燃料电池质子交换膜及其制备方法 |
US9673476B2 (en) | 2007-09-25 | 2017-06-06 | Intelligent Energy Limited | Fuel cell systems including space-saving fluid plenum and related methods |
US8790842B2 (en) | 2007-09-25 | 2014-07-29 | Societe Bic | Fuel cell systems including space-saving fluid plenum and related methods |
CN100565994C (zh) * | 2007-12-20 | 2009-12-02 | 成都中科来方能源科技有限公司 | 燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法 |
US9472817B2 (en) | 2008-02-29 | 2016-10-18 | Intelligent Energy Limited | Electrochemical cell and membranes related thereto |
CN103351472A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-10-16 | 内蒙古科技大学 | 硅钨酸-二氧化硅聚酰亚胺质子交换膜的制备方法 |
CN107546399A (zh) * | 2016-06-29 | 2018-01-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 主链与离子交换基团分离的离子交换膜及其制备和应用 |
CN107546399B (zh) * | 2016-06-29 | 2020-04-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 主链与离子交换基团分离的离子交换膜及其制备和应用 |
CN112151842A (zh) * | 2019-06-27 | 2020-12-29 | 华南理工大学 | 一种多酸基电解质导体材料及其制备方法和应用 |
CN112820922A (zh) * | 2019-11-18 | 2021-05-18 | 坤艾新材料科技(上海)有限公司 | 陶瓷颗粒增强高温质子交换膜及其制造方法、电化学设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1207804C (zh) | 2005-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1207804C (zh) | 一种质子交换膜制备方法 | |
EP1481438B1 (en) | Ion conducting composite membrane materials containing zirconium phosphate dispersed in a polymeric matrix, method for preparation of the membrane material and its use | |
CN108878993A (zh) | 一种减缓质子交换膜电化学降解的方法 | |
Devrim et al. | Nafion/titanium silicon oxide nanocomposite membranes for PEM fuel cells | |
CN101671120B (zh) | 质子传导材料的制备方法 | |
JP2005527545A (ja) | 燃料電池または触媒膜反応装置に使用するためのプロトン伝導性ナノポリマー膜の革新的な製造方法 | |
CN103012824B (zh) | 氧化石墨烯-聚合物杂化质子交换膜及其制备方法 | |
CN1871736A (zh) | 有交联剂的复合电解质 | |
WO2016124052A1 (zh) | 一种燃料电池质子交换膜及其制备方法 | |
KR101146191B1 (ko) | 나노 복합체 전해질 막의 제조방법, 그로부터 제조된 나노 복합체 전해질 막 및 그를 구비한 막-전극 어셈블리 | |
CN1848504A (zh) | 一种高温燃料电池用复合质子交换膜及其制备方法 | |
Xie et al. | A CsH2PO4-based composite electrolyte membrane for intermediate temperature fuel cells | |
CN1850886A (zh) | 无机矿物—质子传导树脂插层复合质子交换膜及其制备方法 | |
TWI549754B (zh) | 具優先取向紋理的離子交換薄膜 | |
Li et al. | Silk nanofibril as nanobinder for preparing COF nanosheet-based proton exchange membrane | |
CN115207423A (zh) | 一种木质素磺酸钠改性凹凸棒土壳聚糖质子交换膜的制备方法 | |
CN101604757A (zh) | 一种中高温燃料电池用质子交换膜及其制备方法 | |
CN1215580C (zh) | 一种抗甲醇渗透质子交换膜制备方法 | |
CN1252842C (zh) | 改性磺酸侧基聚苯并咪唑质子交换膜的制备方法 | |
Thomassin et al. | Nafion-layered silicate nanocomposite membrane for fuel cell application | |
CN101338072A (zh) | 一种有机/无机复合增强型非水质子导电膜及其制备方法 | |
CN1677732A (zh) | 一种有机-无机复合型质子交换膜及其制备方法 | |
CN112086673B (zh) | 一种燃料电池用复合型高温质子交换膜及其制备方法 | |
Chen et al. | Incorporating 2D porous organic polymer nanosheets into high-temperature proton-exchange membranes for low H3PO4 loss | |
Chaurasia et al. | Hybrid Organic-Inorganic Polymer Composites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050622 Termination date: 20140519 |