CN202159743U - 用于燃料电池的质子交换膜 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于燃料电池的质子交换膜，其特征在于，包括基膜，所述基膜上设置有多个填充有聚苯并咪唑的孔。本实用新型中的质子交换膜由于聚苯并咪唑填充，因此具有传导速度高、成本低的特点。

Description

用于燃料电池的质子交换膜
技术领域
本实用新型涉及一种质子交换膜，特别涉及一种用于燃料电池的质子交换膜。
背景技术
燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有发电效率高、环境污染少等优点，以其优异的性能以及对环境很少的污染等特性被称为是第四代发电技术，近十几年以来以欧美为首的各国政府、各大汽车公司以及研究机构都投入巨资来探索与实践燃料电池的商业化应用，掀起了燃料电池商业化的研发热潮。
然而，全球燃料电池的发展目前陷入了困境。从现在的技术状态与存在的问题来看，普遍认为寿命与成本是困扰其商业化的瓶颈，而材料问题是燃料电池寿命与成本的核心问题。只有对材料进行根本性的变革，才可能会带来燃料电池寿命的大幅度提高。此外，成本也是制约燃料电池商业化的瓶颈之一。
质子交换膜燃料电池(PEMFC，proton exchange membrane fuel cell)具有以下优点：(1)改善了阴极反应动力学；(2)有效防止催化剂的中毒；(3)简化了质子交换膜燃料电池的水管理和热管理，在温度高于100℃时，水仅气相的形式存在，其管理大大简化。质子交换膜是PEMFC的心脏，它直接决定着PEMFC的性能，但目前普遍应用于PEMFC的全氟磺酸膜(如Nation系列膜)在高温低湿度条件下，由于膜内的水分的过分蒸发，会造成其质子传导速率急剧下降，还具有成本高的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种质子传导速度高、成本低的用于燃料电池的质子交换膜。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于燃料电池的质子交换膜，其特征在于，包括基膜，所述基膜上设置有多个填充有聚苯并咪唑的孔。
进一步，所述基膜的孔隙率大于70％。
进一步，所述基膜的孔隙率是80％。
进一步，所述基膜是聚四氟乙烯膜。
本实用新型中的质子交换膜由于聚苯并咪唑填充，因此具有传导速度高、成本低的特点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型中的用于燃料电池的质子交换膜包括基膜1，所术基膜1上设置有多个填充有聚苯并咪唑的孔2。
优选地，所述基膜的孔隙率大于70％，优选地，所述基膜的孔隙率是80％。
优选地，所述基膜是聚四氟乙烯膜。
优选地，该质子交换膜可以通过如下的方式制得：(1)将聚苯并咪唑溶于二甲基亚砜，N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基乙酰胺.N，N-二甲基甲酰胺等有机溶剂中，形成第一溶液；(2)将一块孔隙率大于70％的聚四氟乙烯膜伸开固定，将其平放在玻璃板上，然后加入少量酒精将其完全浸润，并排除气泡，再加入少量N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂，使其进行溶液交换；(3)将上述第一溶液滴加到聚四氟乙烯膜的孔里，使聚四氟乙烯膜完全浸在第一溶液中，并在一定温度下蒸发得到第一膜；(4)将第一膜放入含有磷钨酸、磷钼酸、或者硅钨酸的水溶液中浸泡数天后取出，并除去该膜表面的杂多酸溶液，从而得到第二膜；(5)将第二膜完全浸泡在磷酸或者多聚磷酸中，然后取出，并除去第二膜表面的磷酸溶液，在150-250度下加热，从而得到第三膜；(6)将第三膜按步骤4，5重复操所数次，得到第四膜，即为所得目标膜。需要特别说明的是，上述步骤(4)、(5)的顺序可以互换，即可以先执行步骤(4)再执行步骤(5)，也可以先执行步骤(5)再执行步骤(4)。
下面通过两个实施例来说明该膜的制备过程：
实例一
1.将5g聚苯并咪唑溶于50毫升N-甲基吡咯烷酮有机溶剂中，形成第一溶液。
2.将一块孔隙率80％的聚四氟乙烯膜伸开固定，平放在玻璃板上，加入少量酒精将其完全浸润，并排除气泡，再加入少量N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂，使其进行溶液交换。
3.将上述第一溶液滴加到聚四氟乙烯膜孔里，使聚四氟乙烯膜完全浸在溶液中，在一定温度下蒸发得到第一膜。
4.将第一膜放入含有20％磷钼酸水溶液中浸泡数天，之后取出，除去膜表面的杂多酸溶液得到第二膜。
5.将第二膜完全浸泡在磷酸中，数天之后取出，除去膜表面的磷酸溶液。在150-250度下加热。得到第三膜。
6.将第三膜按步骤4，5重复操所数次，得到第四膜，即为所得目标膜。
实施二
1.将5g聚苯并咪唑溶于50毫升N-甲基吡咯烷酮有机溶剂中，形成第一溶液。
2.将一块孔隙率80％的聚四氟乙烯膜伸开固定，平放在玻璃板上，加入少量酒精将其完全浸润，并排除气泡，再加入少量N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂，使其进行溶液交换。
3.将上述第一溶液滴加到聚四氟乙烯膜孔里，使聚四氟乙烯膜完全浸在溶液中，在一定温度下蒸发得到第一膜。
4.将第一膜完全浸泡在磷酸中，数天之后取出，除去膜表面的磷酸溶液。在150-250度下加热，得到第二膜。
5.将第二膜放入含有20％磷钼酸水溶液中浸泡数天，之后取出，除去膜表面的杂多酸溶液得到第三膜。
6.将第三膜按步骤4，5重复操所数次，得到第四膜，即为所得目标膜。
本实用新型中的质子交换膜的拉伸强度为1MPa以上，离子电导率可达0.1S/cm以上，可用于高温质子交换膜燃料电池，在120-350摄氏度下运行，单电池开路电压大于0.9V，电池内阻小于1欧姆/cm2。
本实用新型中的质子交换膜由于聚苯并咪唑填充，因此具有传导速度高、成本低的特点。

Claims (4)

1.一种用于燃料电池的质子交换膜，其特征在于，包括基膜，所述基膜上设置有多个填充有聚苯并咪唑的孔。
2.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述基膜的孔隙率大于70％。
3.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述基膜的孔隙率是80％。
4.如权利要求1-3任一项所述的质子交换膜，其特征在于，所述基膜是聚四氟乙烯膜。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103066306A (zh) * 2012-12-22 2013-04-24 大连理工大学 一种用于锌溴液流电池的离子交换膜及制备方法

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