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CN110224164A - 一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法 - Google Patents

一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法 Download PDF

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CN110224164A
CN110224164A CN201910647198.5A CN201910647198A CN110224164A CN 110224164 A CN110224164 A CN 110224164A CN 201910647198 A CN201910647198 A CN 201910647198A CN 110224164 A CN110224164 A CN 110224164A
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fuel cell
acid membrane
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田文迪
王永霞
田丙伦
傅婧
乔锦丽
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Shanghai Bo Xuan Energy Science Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Bo Xuan Energy Science Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层来实现的。所述石墨烯层或部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在20‑90%之间。本发明公开的方法简单易操作，实现成本低廉，对设备依赖性小，解决了现有技术中燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率较高，造成燃料的浪费，开路电压的降低，对质子交换膜造成降解，电池效率和性能的下降的技术问题，实现了全氟磺酸膜氢气渗透率的有效降低，从而使得使用该膜的燃料电池能量转换效率高，循环使用寿命长。

Description

一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法。
背景技术
能源历来是可持续发展问题中的一个重要主题。能源供应短缺或受到潜在威胁都会直接或间接地影响国民经济发展和经济安全。目前，能源的获得主要还是依靠煤炭、石油等化石燃料，这些传统的化石燃料不可再生，且燃烧后会带来环境问题，因此，以燃料电池为代表的清洁新能源装置进入了人们的视线，近年来，其在人们的日常生活中得到广泛应用。
燃料电池是一种能直接将化学能转化为电能的能源装置，具有高效、洁净，功率密度和能源转换效率高，启动快，无污染，体积轻巧，对压力变化不敏感及电池寿命长等诸多优点，被认为是未来首选的高效洁净的新型能源。具有高的离子传导率和良好的电化学稳定性等优点的质子交换膜是燃料电池的关键部件之一.在燃料电池实际运行中，燃料会从燃料电池阳极穿透质子交换膜渗透到阴极，与阴极的氧化剂直接发生反应而不能对外供电，从而造成燃料的浪费。目前，常用的质子交换膜为全氟磺酸膜，这种膜在电池运行过程中，氢气的渗透率会增加，当氢气的渗透率达到一定数值时，燃料电池膜电极会时效，燃料电池开路电压会降低，这些会加速质子交换膜的衰减，甚至引起安全问题。
因此，寻求一种高效降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法对提高燃料电池能量转换效率，延长循环使用寿命具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法；该方法简单易操作，实现成本低廉，对设备依赖性小，解决了现有技术中燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率较高，造成燃料的浪费，开路电压的降低，对质子交换膜造成降解，电池效率和性能的下降的技术问题，实现了全氟磺酸膜氢气渗透率的有效降低，从而使得使用该膜的燃料电池能量转换效率高，循环使用寿命长。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层来实现的。
进一步地，所述石墨烯层是采用单层石墨烯片叠合而成。
优选地，所述石墨烯层的层数为一层，二层或三层。
优选地，所述单层石墨烯片的直径为0.2-200μm。
进一步地，所述添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层的方法是采用涂布的方法。
优选地，所述涂布的方法包括喷涂、刷涂、丝网印刷、微凹涂中的一种。
进一步地，所述添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧上涂布石墨烯层或部分磺化石墨烯层，涂布后再在40℃-120℃下烘干即可。
进一步地，所述石墨烯层或部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在20-90％之间，优选为30％-70％。
由于上述技术方案运用，本发明专利与现有技术相比具有下列优点：该降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法简单易操作，实现成本低廉，对设备依赖性小，解决了现有技术中燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率较高，造成燃料的浪费，开路电压的降低，对质子交换膜造成降解，电池效率和性能的下降的技术问题，实现了全氟磺酸膜氢气渗透率的有效降低，从而使得使用该膜的燃料电池能量转换效率高，循环使用寿命长。
具体实施方式
本发明涉及一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层来实现的。
所述石墨烯层是采用单层石墨烯片叠合而成；所述石墨烯层的层数为一层，二层或三层；所述单层石墨烯片的直径为0.2-200μm；所述添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层的方法是采用涂布的方法；所述涂布的方法包括喷涂、刷涂、丝网印刷、微凹涂中的一种。
所述添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧上涂布石墨烯层或部分磺化石墨烯层，涂布后再在40℃-120℃下烘干即可；所述石墨烯层或部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在20-90％之间，优选为30％-70％。
由于上述技术方案运用，本发明专利与现有技术相比具有下列优点：该降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法简单易操作，实现成本低廉，对设备依赖性小，解决了现有技术中燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率较高，造成燃料的浪费，开路电压的降低，对质子交换膜造成降解，电池效率和性能的下降的技术问题，实现了全氟磺酸膜氢气渗透率的有效降低，从而使得使用该膜的燃料电池能量转换效率高，循环使用寿命长。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧添加石墨烯层来实现的；所述石墨烯层是采用单层石墨烯片叠合而成；所述石墨烯层的层数为一层；所述单层石墨烯片的直径为0.2μm；所述添加石墨烯层的方法是采用涂布的方法；所述涂布的方法为喷涂；所述添加石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阳极侧上涂布石墨烯层，涂布后再在40℃下烘干即可；所述石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在30％。
实施例2
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阴极侧添加石墨烯层来实现的；所述石墨烯层是采用单层石墨烯片叠合而成；所述石墨烯层的层数为二层；所述单层石墨烯片的直径为60μm；所述添加石墨烯层的方法是采用涂布的方法；所述涂布的方法为刷涂；所述添加石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阴极侧上涂布石墨烯层，涂布后再在60℃下烘干即可；所述石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在45％。
实施例3
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧添加部分磺化石墨烯层来实现的；所述添加部分磺化石墨烯层的方法是采用涂布的方法；所述涂布的方法为丝网印刷；所述添加部分磺化石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阳极侧涂布部分磺化石墨烯层，涂布后再在75℃下烘干即可；所述部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在55％之间。
实施例4
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阴极侧添加部分磺化石墨烯层来实现的；所述添加部分磺化石墨烯层的方法是采用涂布的方法；所述涂布的方法为微凹涂；所述添加部分磺化石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阴极侧上涂布部分磺化石墨烯层，涂布后再在95℃下烘干即可；所述部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在70％。
实施例5
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧添加石墨烯层来实现的；所述石墨烯层是采用单层石墨烯片叠合而成；所述石墨烯层的层数为三层；所述单层石墨烯片的直径为200μm；所述添加石墨烯层的方法是采用涂布的方法；所述涂布的方法为微凹涂；所述添加石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阳极侧涂布石墨烯层，涂布后再在120℃下烘干即可；所述石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在90％。
对比例1
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，它与实例1中的基本一致，不同的是：所述石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在10％。
对比例2
本实例提供一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，它与实例1中的基本一致，不同的是：所述单层石墨烯片的直径为250μm。
对比例3
本实例提供一种燃料电池用全氟磺酸膜，没有进行任何处理，作为对照组。
为了进一步说明本发明实施例的技术效果，对采用本发明实施例1-5及对比例1-3所制得的燃料电池用全氟磺酸膜进行进行测试，测试结果见表1。
表1
检测项目 氢气渗透率(mA/cm<sup>2</sup>)
实施例1 1.5
实施例2 1.3
实施例3 1.2
实施例4 1.0
实施例5 0.9
对比例1 1.8
对比例2 1.9
对比例3 2.1
从上表可以看出，通过本发明实施例公开的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法效果好。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层来实现的。
2.根据权利要求1所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述石墨烯层是采用单层石墨烯片叠合而成。
3.根据权利要求1所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述石墨烯层的层数为一层，二层或三层。
4.根据权利要求2所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述单层石墨烯片的直径为0.2-200μm。
5.根据权利要求1所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层的方法是采用涂布的方法。
6.根据权利要求5所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述涂布的方法包括喷涂、刷涂、丝网印刷、微凹涂中的一种。
7.根据权利要求5所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述添加石墨烯层或部分磺化石墨烯层的方法，具体为：首先在燃料电池全氟磺酸膜的阳极侧或/和阴极侧上涂布石墨烯层或部分磺化石墨烯层，涂布后再在40℃-120℃下烘干即可。
8.根据权利要求1所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述石墨烯层或部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在20-90%之间。
9.根据权利要求8所述的降低燃料电池用全氟磺酸膜氢气渗透率的方法，其特征在于，所述石墨烯层或部分磺化石墨烯层对全氟磺酸膜表面是部分覆盖，覆盖率在30%-70%之间。
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