一种燃料电池隔膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池隔膜材料的制备方法，包括制备预浇铸的Nafion膜；将预浇铸的Nafion膜溶解于N,N‑二甲基甲酰胺中，搅拌，加入离子液体离子液体1‑乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，继续搅拌，加入羟基化碳纳米管，搅拌后真空脱气，干燥，淋洗、烘干。本发明专利技术改性膜在常温下电导率达到0.124S cm

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池隔膜材料的制备方法
本专利技术属于燃料电池隔膜材料
，具体涉及一种燃料电池隔膜材料的制备方法。
技术介绍
燃料电池技术被公认为是21世纪最核心的技术之一。目前应用最为广泛的燃料电池当属低温直接式质子交换膜(PEM)燃料电池，其关键性材料质子膜多采用全氟磺酸(PFSA)体系，但是以Nafion为典型代表的PFSA对水的依赖性大，在高温环境下，由于水分的蒸发，其电导率下降严重，而在低温环境下，由于水凝结成冰，电导率更急剧下降。因此Nafion膜过分依靠水进行离子传导这一不利因素极大地制约了它的实际生产应用。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。作为本专利技术其中一个方面，本专利技术提供一种燃料电池隔膜材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种燃料电池隔膜材料的制备方法，其包括，制备预浇铸的Nafion膜；制备Nafion/LZYT/CNTS膜：将预浇铸的Nafion膜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌，加入离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，继续搅拌2～4h，加入羟基化碳纳米管，搅拌后真空脱气，干燥，淋洗、烘干。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述制备预浇铸的Nafion膜，为将Nafion用乙醇稀释到5％，封口后置于磁力搅拌器上，搅拌5～6h后将溶液浇铸于培养皿上，将培养皿置于70～80℃烘箱内烘干至恒重，得预浇铸的Nafion膜。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述将预浇铸的Nafion膜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，为配成质量百分比浓度为10％的N,N-二甲基甲酰胺溶液。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述加入离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，其中，所述离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，其制备方法为：在常温磁力搅拌的条件下，按1-乙基咪唑：三氟甲磺酸摩尔比为1：0.8将三氟甲磺酸滴入1-乙基咪唑之中。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述加入离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，其中，Nafion膜与1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐的质量比为1:0.5。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述加入羟基化碳纳米管，其中，所述羟基化碳纳米管的加入质量为Nafion膜与1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐总质量的3～4％。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述搅拌后真空脱气，干燥，淋洗、烘干，为搅拌后置于真空烘箱内在室温下真空脱气，将溶液浇铸于玻璃培养皿中，置于真空烘箱内在120～130℃下真空烘燥6～7h；揭膜后用去水离子水淋洗，再于50～60℃下烘干。作为本专利技术所述的燃料电池隔膜材料的制备方法的一种优选方案：所述搅拌，为70～80℃下磁力搅拌10～12h。本专利技术的有益效果：本专利技术改性后Nafion膜在常温下电导率达到0.124Scm-1，在零下的温度环境中导电能力超过Nafion膜材料，在-40℃电导率仍能达到0.0077Scm-1；改性膜材料仍表现出很好的热稳定性，初始降解温度达到390.7℃，最大降解温度为505.5℃；在室温下进行H2/O2的单电池发电测试，其发电功率达到91.7mWcm-2。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为离子液体1-乙基咪唑三氟甲磺酸盐的实物图。图2为纯Nafion膜与Nafion/LZYT/CNTS(1:0.5/3％)膜的红外光谱。图3为Nafion/LZYT/CNTS膜放大10000倍(a)与50000倍(b)的扫描电镜图像。图4为Nafion/LZYT/CNTS膜的热重分析。图5为Nafion/LZYT/CNTS膜的发电功率曲线。图6为Nafion与LZYT质量比对室温电导率的影响。图7为(a)低温工作环境；(b)低温环境下纯Nafion膜与Nafion/LZYT/CNTS膜的电导率。图8为低温环境下CNTS含量对Nafion/LZYT/CNTS膜的电导率耐久性的影响。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例1：离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐的制备：在常温磁力搅拌的条件下，按摩尔比1:0.8(1-乙基咪唑：三氟甲磺酸)将三氟甲磺酸滴入1-乙基咪唑之中，期间有明显放热现象，将产物置于-40℃条件下，产物仍呈液体状态，质子型离子液体1-乙基咪唑三氟甲磺酸盐的实物图见图1，其结构式为：共混液的制备：室温下，取(g：mL)Nafion用乙醇稀释到5％，封口后置于磁力搅拌器上，搅拌6h后将溶液浇铸于玻璃培养皿上，将玻璃培养皿置于80℃烘箱内烘干至恒重，得预浇铸的Nafion膜。用摄子将膜揭下，但发现预浇铸的Nafion膜机械性能较差，极其撕裂破损。将揭下的膜重新溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，80℃下磁力搅拌12h，配成质量百分比浓度为10％DMF溶液。按质量比为1:0.5(Nafion：LZYT)，滴加离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐(LZYT)，加入完毕后用保鲜膜封口，继续搅拌三个小时。然后，再用移液管移取羟基化碳纳米管分散液，按有效质量为Nafion与LZYT总质量的3％缓慢滴入烧杯中，滴加完毕后用保鲜膜封口，继续搅拌3小时。将搅拌完毕后的混合溶液置于真空烘箱内在室温下真空脱气，将溶液浇铸于玻璃培养皿中，置于真空烘箱内在130℃下真空烘燥6h。揭膜后用去水离子水淋洗3次，再于60℃下烘干。使用前将其浸于1MHCl溶液中24h，用蒸馏水充分淋洗去除表面酸液，直至中性，于60℃下烘干，得到电解质膜。傅立叶红外光谱分析(IR)：采用由美国NICOLET公司的NEXUS-670傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池隔膜材料的制备方法，其特征在于：包括，/n制备预浇铸的Nafion膜；/n制备Nafion/LZYT/CNTS膜：将预浇铸的Nafion膜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌，加入离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，继续搅拌2～4h，加入羟基化碳纳米管，搅拌后真空脱气，干燥，淋洗、烘干。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池隔膜材料的制备方法，其特征在于：包括，
制备预浇铸的Nafion膜；
制备Nafion/LZYT/CNTS膜：将预浇铸的Nafion膜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌，加入离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，继续搅拌2～4h，加入羟基化碳纳米管，搅拌后真空脱气，干燥，淋洗、烘干。


2.如权利要求1所述的燃料电池隔膜材料的制备方法，其特征在于：所述制备预浇铸的Nafion膜，为将Nafion用乙醇稀释到5％，封口后置于磁力搅拌器上，搅拌5～6h后将溶液浇铸于培养皿上，将培养皿置于70～80℃烘箱内烘干至恒重，得预浇铸的Nafion膜。


3.如权利要求1或2所述的燃料电池隔膜材料的制备方法，其特征在于：所述将预浇铸的Nafion膜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，为配成质量百分比浓度为10％的N,N-二甲基甲酰胺溶液。


4.如权利要求1或2所述的燃料电池隔膜材料的制备方法，其特征在于：所述加入离子液体离子液体1-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐，其中，所述离子液体离子液体1-乙基咪唑三...

【专利技术属性】
技术研发人员：周天池，龚子轩，李佳翎，周正元，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32