低温固体燃料电池用高质子传导性的纳米多孔电解质材料

摘要

一种低温固体燃料电池用高质子传导性的纳米多孔电解质材料，由盐酸或甲酸或醋酸、乙醇、有机硅烷Si(OR)

说明书

技术领域

本发明属于低温固体燃料电池技术领域，具体是涉及一种低温固体燃料电池用高质子传导性的纳米多孔电解质材料。

背景技术

低温固体燃料电池是一种高效清洁的新型电化学能源，具有发电效率高、环境污染少等优点，是机动车首选的可搭载能源。目前的低温固体燃料电池所用的电解质材料是高分子材料，但该高分子材料的稳定性较差(使用温度不能超过100℃)、燃料电池中的质子传导性差等缺陷，严重制约了低温固体燃料电池发电效率的进一步提高，影响了其应用范围的进一步拓展。

发明内容

本发明主要是解决现有低温固体燃料电池使用的电解质材料质子传导性差、发电效率低等技术问题，提供了一种低温固体燃料电池用高质子传导性的纳米多孔电解质材料及其制备方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种低温固体燃料电池用高质子传导性的纳米多孔电解质材料，按100重量份计，制作组分包括：盐酸或甲酸或醋酸25～40份，乙醇25～40份，有机硅烷Si(OR)₄>

作为优选，所述有机硅烷Si(OR)₄中R为含碳数为1～6的烷基；所述磷酸酯为磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的一种或两种；所述阴离子表面活性剂为CTAB，所述干燥控制剂为甲酰胺。

作为优选，所述有机硅烷Si(OR)₄为正硅酸甲酯和正硅酸乙酯中的任选一种或两种。

上述用于燃料电池的电解质材料，其制作方法包括如下步骤：步骤(1)，将盐酸、甲酸或醋酸用纯净水配置成0.15mol/L的酸水溶液，加入乙醇并混合均匀，制得混合液A；步骤(2)，取用1/6-1/3的混合液A，将有机硅烷Si(OR)₄按5-6秒每滴的速度滴入其中，搅拌1h，制得混合液B；步骤(3)，将磷酸酯或磷酸或三氯氧磷加入到混合液B中，搅拌1h，制得混合液C；步骤(4)，将CTAB和干燥控制剂加入到剩余的混合液A中，搅拌20min后加入到混合液C中，搅拌1h，制得混合液D；步骤(5)，将混合液D倒入的器皿中，室温干燥一个月，使其形成湿凝胶；步骤(6)，在热烘装置中将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料。

作为优选，所述步骤(6)具体为：先以8℃/h～15℃/h的升温速度将热烘装置升温至150℃，热烘装置中的湿度保持在70％RH～90％RH，保温20～40小时，然后降至室温，再以20℃/h～35℃/h的升温速度将热烘装置升温至600℃，保温2～4小时，即可将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料。

经试验测定，本发明制得的燃料电池用电解质材料中细孔直径可达10nm以下，比表面积可达800m²/g以上，空隙率可达50％以上，质子传导性高，电导率可达5×10^-1S/cm²以上，因而具有高质子吸附性、高电导率及较宽温度使用范围等特性，可广泛地应用于低温固体燃料电池中。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：一种用于燃料电池的电解质材料，按100重量份计，制作组分包括：盐酸35份，乙醇40份，有机硅烷Si(OR)₄>4为正硅酸甲酯和正硅酸乙酯中的任选一种或两种；所述磷酸酯为磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的一种或两种；所述阴离子表面活性剂为CTAB，所述干燥控制剂为甲酰胺。

上述用于燃料电池的电解质材料，其制作方法包括如下步骤：步骤(1)，将盐酸用纯净水配置成0.15mol/L的盐酸水溶液，加入乙醇并混合均匀，制得混合液A；步骤(2)，取用1/6-1/3的混合液A，将有机硅烷Si(OR)₄按5-6秒每滴的速度滴入其中，搅拌1h，制得混合液B；步骤(3)，将磷酸酯加入到混合液B中，搅拌1h，制得混合液C；步骤(4)，将CTAB和干燥控制剂加入到剩余的混合液A中，搅拌20min后加入到混合液C中，搅拌1h，制得混合液D；步骤(5)，将混合液D倒入的器皿中，室温干燥一个月，使其形成湿凝胶；步骤(6)，在热烘装置中将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料，具体为：先以8℃/h～15℃/h的升温速度将热烘装置升温至150℃，热烘装置中的湿度保持在70％RH～90％RH，保温20～40小时，然后降至室温，再以20℃/h～35℃/h的升温速度将热烘装置升温至600℃，保温2～4小时，即可将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料。

经试验测定，本发明制得的燃料电池用电解质材料中细孔直径在4～7nm之间，比表面积为840m²/g，空隙率可达54％以上，质子传导性高，电导率可达5.6×10^-1S/cm²，因而具有高质子吸附性、高电导率及较宽温度使用范围等特性，可广泛地应用于低温固体燃料电池中。

实施例2：一种用于燃料电池的电解质材料，按100重量份计，制作组分包括：甲酸40份，乙醇30份，有机硅烷Si(OR)₄>4为正硅酸甲酯和正硅酸乙酯中的任选一种或两种；所述阴离子表面活性剂为CTAB，所述干燥控制剂为甲酰胺。

上述用于燃料电池的电解质材料，其制作方法包括如下步骤：步骤(1)，将甲酸用纯净水配置成0.15mol/L的甲酸水溶液，加入乙醇并混合均匀，制得混合液A；步骤(2)，取用1/6-1/3的混合液A，将有机硅烷Si(OR)₄按5-6秒每滴的速度滴入其中，搅拌1h，制得混合液B；步骤(3)，将磷酸加入到混合液B中，搅拌1h，制得混合液C；步骤(4)，将CTAB和干燥控制剂加入到剩余的混合液A中，搅拌20min后加入到混合液C中，搅拌1h，制得混合液D；步骤(5)，将混合液D倒入的器皿中，室温干燥一个月，使其形成湿凝胶；步骤(6)，在热烘装置中将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料，具体为：先以8℃/h～15℃/h的升温速度将热烘装置升温至150℃，热烘装置中的湿度保持在70％RH～90％RH，保温20～40小时，然后降至室温，再以20℃/h～35℃/h的升温速度将热烘装置升温至600℃，保温2～4小时，即可将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料。

经试验测定，本发明制得的燃料电池用电解质材料中细孔直径在2～5nm之间，比表面积为910m²/g，空隙率可达60％以上，质子传导性高，电导率可达6.4×10^-1S/cm²，因而具有高质子吸附性、电导率高及温度使用范围较宽等特性，可广泛地应用低温固体燃料电池中。

实施例3：一种用于燃料电池的电解质材料，按100重量份计，制作组分包括：醋酸30份，乙醇35份，有机硅烷Si(OR)₄>4为正硅酸甲酯和正硅酸乙酯中的任选一种或两种；所述阴离子表面活性剂为CTAB，所述干燥控制剂为甲酰胺。

上述用于燃料电池的电解质材料，其制作方法包括如下步骤：步骤(1)，将醋酸用纯净水配置成0.15mol/L的醋酸水溶液，加入乙醇并混合均匀，制得混合液A；步骤(2)，取用1/6-1/3的混合液A，将有机硅烷Si(OR)₄按5-6秒每滴的速度滴入其中，搅拌1h，制得混合液B；步骤(3)，将三氯氧磷加入到混合液B中，搅拌1h，制得混合液C；步骤(4)，将CTAB和干燥控制剂加入到剩余的混合液A中，搅拌20min后加入到混合液C中，搅拌1h，制得混合液D；步骤(5)，将混合液D倒入的器皿中，室温干燥一个月，使其形成湿凝胶；步骤(6)，在热烘装置中将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料，具体为：先以8℃/h～15℃/h的升温速度将热烘装置升温至150℃，热烘装置中的湿度保持在70％RH～90％RH，保温20～40小时，然后降至室温，再以20℃/h～35℃/h的升温速度将热烘装置升温至600℃，保温2～4小时，即可将湿凝胶烘制成燃料电池的电解质材料。

经试验测定，本发明制得的燃料电池用电解质材料中细孔直径在3～6nm之间，比表面积为900m²/g，空隙率可达60％以上，质子传导性高，电导率可达6.0×10^-1S/cm²，因而具有高质子吸附性、电导率高及温度使用范围较宽等特性，可广泛地应用低温固体燃料电池中。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。