一種負載多元催化劑的甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種負載多元催化劑的甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種高性能的、對環(huán)境無污染的新型化學電源。在環(huán)境保護被日益重視的今天，燃料電池的研究和開發(fā)已經(jīng)引起許多發(fā)達國家的重視。美國、日本、加拿大等經(jīng)濟發(fā)達國家政府已制定了相關(guān)的政策來促進本國燃料電池的發(fā)展。質(zhì)子交換膜燃料電池是第五代先進燃料電池，除了具有燃料電池的一般特點如不受卡諾循環(huán)的限制、能量轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點之外，同時還具有可常溫快速啟動、無電解液流失、壽命長、比功率與比能量高等突出優(yōu)點。按照其所使用的燃料電池進行分類，現(xiàn)在研究的質(zhì)子交換膜燃料電池主要有兩類:一類是以純氫或重整氫氣為燃料的氫氧燃料電池；另一類是直接以甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池。直接甲醇燃料電池(DMFC)所采用的液體燃料決定了其便攜性，是最有希望成為移動電源，分散電站的燃料電池類型。DMFC的能量轉(zhuǎn)化率高，啟動時間快，在未來的新能源時代，有望成為能源結(jié)構(gòu)不可或缺的重要組成部分。
[0003]質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換燃料電池(PEMFC)的核心組件，它在燃料電池中起到雙重作用。一方面，作為電解質(zhì)起到質(zhì)子傳遞作用，另一方面，作為隔板隔離膜材料兩級的物料。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池主要采用美國杜邦公司的全氟磺酸膜Naf1n膜。這類膜性能優(yōu)異，但溫度高于90°C后，由于失水，膜的電導(dǎo)率會顯著下降。另外，由于Naf1n膜對甲醇的透過率高，使陰極產(chǎn)生混合電位，造成陰極性能衰減，會大大降低直接甲醇燃料電池(DMFC)的工作性能。
[0004]聚偏氟乙稀(polyvinylidenef luoride ,PVDF)是一類廣泛應(yīng)用的高分子材料，根據(jù)處理條件不同，可以得到多種不同的結(jié)晶相，其中α相具有優(yōu)異的力學性能，β相具有較強的壓電、介電、熱電性能;此外，PVDF還具有原料便宜、耐化學腐蝕性、耐氧化性、耐磨性、柔韌性好等優(yōu)點，已經(jīng)在石油化工、電子電氣、氟碳涂料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種負載多元催化劑的甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于，方法具體是按以下步驟完成的:
(1)將氯鉑酸和稀土金屬氧化物加入無水乙醇中，氯鉑酸的濃度為0.1?1%，超聲分散I?3h后，得到分散均勻的含有稀土金屬氧化物的氯鉑酸乙醇溶液；
(2)將聚偏氟乙烯粉末加入到N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的復(fù)合溶劑中，在溫度T=60?80°C下攪拌溶解，制得濃度為18%的聚偏氟乙烯溶液；
(3)在攪拌條件下，將含有稀土金屬氧化物的氯鉑酸乙醇溶液逐滴加入到聚偏氟乙烯溶液中，其與聚偏氟乙烯溶液的質(zhì)量比為1:5?15，混合均勻靜置脫泡后在靜電紡絲裝置中制備出聚偏氟乙烯復(fù)合納米纖維膜，靜電紡絲條件為::紡絲電壓為15?25kV，溫度為25?40°C，相對濕度為30%?70%，紡絲距離為20 cm，噴絲頭紡絲溶液的流速為0.5?1.0mL/h；
(4)將制備的聚偏氟乙烯復(fù)合納米纖維膜浸泡在含有還原劑的去離子水中，在溫度為T=80?100°C下，密閉反應(yīng)3?5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水反復(fù)沖洗纖維膜3?5次，除去未反應(yīng)的還原劑，真空干燥24h，獲得負載多元催化劑的甲醇燃料質(zhì)子交換膜。
[0007]上述制備方法中步驟(I)中所述的稀土金屬氧化物為氧化鈰、氧化釔、氧化鈧、氧化釤中的一種或幾種，稀土金屬氧化物與氯鉑酸的質(zhì)量比為(I?10):1。
[0008]上述制備方法中步驟(2)中所述的N，N_二甲基甲酰胺和丙酮質(zhì)量比為8:2?9:1。
[0009]上述制備方法中步驟(4)所述的還原劑為水合肼、甲醛、甲酸鈉、硼氫化鈉中的一種或幾種，濃度為I?3%。
[0010]本發(fā)明具有如下有益效果:(I)本發(fā)明利用靜電紡絲制備的聚偏氟乙烯纖維膜作為催化劑載體，具有較高的孔隙率，可以高效的吸附甲醇，降低甲醇的滲透率；(2)催化劑在纖維膜中分布均勻，能提高催化劑抗CO中毒能力，聚偏氟乙烯作為載體，大大提高電池的輸出特性；(3)稀土金屬氧化物的加入，可以減少氯鉑酸用量，降低燃料電池的成本；(4)本發(fā)明制備工藝簡單，易于操作。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
(1)將氯鉑酸和氧化鈰加入無水乙醇中，氧化鈰與氯鉑酸的質(zhì)量比為1:1，氯鉑酸的濃度為0.1%，超聲分散I h后，得到分散均勻的含有氧化鈰的氯鉑酸乙醇溶液；
(2)將聚偏氟乙烯粉末加入到質(zhì)量比為8:2的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的復(fù)合溶劑中，在溫度T=60 °C下攪拌溶解，制得濃度為18%的聚偏氟乙烯溶液；
(3)在攪拌條件下，將含有氧化鈰的氯鉑酸乙醇溶液逐滴加入到聚偏氟乙烯溶液中，其與聚偏氟乙烯溶液的質(zhì)量比為1:5，混合均勻靜置脫泡后在靜電紡絲裝置中制備出聚偏氟乙烯復(fù)合納米纖維膜，靜電紡絲條件為::紡絲電壓為18kV，溫度為25°C，相對濕度為30%，紡絲距離為20 cm，噴絲頭紡絲溶液的流速為0.5 mL/h；
(4)將制備的聚偏氟乙烯復(fù)合納米纖維膜浸泡在濃度為1%的水合肼去離子水中，在溫度為T=SO 1下，密閉反應(yīng)3 h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水反復(fù)沖洗纖維膜3?5次，除去未反應(yīng)的水合肼，真空干燥24h，獲得負載多元催化劑的甲醇燃料質(zhì)子交換膜。
[0012]實施例2
(1)將氯鉑酸和氧化鈰加入無水乙醇中，氧化鈰與氯鉑酸的質(zhì)量比為3:1，氯鉑酸的濃度為0.3%，超聲分散I h后，得到分散均勻的含有氧化鈰的氯鉑酸乙醇溶液；
(2)將聚偏氟乙烯粉末加入到質(zhì)量比為8:2的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的復(fù)合溶劑中，在溫度T=60 °C下攪拌溶解，制得濃度為18%的聚偏氟乙烯溶液；
(3)在攪拌條件下，將含有氧化鈰的氯鉑酸乙醇溶液逐滴加入到聚偏氟乙烯溶液中，其與聚偏氟乙烯溶液的質(zhì)量比為1:10，混合均勻靜置脫泡后在靜電紡絲裝置中制備出聚偏氟乙烯復(fù)合納米纖維膜，靜電紡絲條件為::紡絲電壓為18kV，溫度為25°C，相對濕度為30%，紡絲距離為20 cm，噴絲頭紡絲溶液的流速為0.5 mL/h；
(4)將制備的聚偏氟乙烯復(fù)合納米纖維膜浸泡在濃度為1%的水合肼去離子水中，在溫度為T=80 1下，密閉反應(yīng)3 h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水反復(fù)沖洗纖維膜3?5次，除去未反應(yīng)的水合肼，真空干燥24