CN102108128A - Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜 - Google Patents

Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜 Download PDF

Info

Publication number
CN102108128A
CN102108128A CN2009102437040A CN200910243704A CN102108128A CN 102108128 A CN102108128 A CN 102108128A CN 2009102437040 A CN2009102437040 A CN 2009102437040A CN 200910243704 A CN200910243704 A CN 200910243704A CN 102108128 A CN102108128 A CN 102108128A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hpw
nafion film
modification
nafion
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009102437040A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102108128B (zh
Inventor
相艳
杨萌
卢善富
张劲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN200910243704.0A priority Critical patent/CN102108128B/zh
Publication of CN102108128A publication Critical patent/CN102108128A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102108128B publication Critical patent/CN102108128B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明人提出了一种基于Nafion膜的表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜。通过利用磷钨酸与碳酸铯(Cs2CO3)的相互作用，在已经取代了Cs2CO3的Nafion中引入Cs2CO3与HPW的反应沉淀颗粒，而达到减小甲醇扩散通道外部口径的目的，进而减小甲醇扩散率。同时通过铯盐与HPW的反应，使HPW得到固定，从而使之生成不溶于水的沉淀物，不易随水流失。本发明的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法包括：Cs改性处理，从而得到改性的Nafion膜；以及，HPW改性处理，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜。

Description

Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜
技术领域
本发明涉及一种Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜。
背景技术
直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell，DMFC)因其使用液体燃料，且低温启动，能量密度高等优点，一直是燃料电池研究工作的热点领域。DMFC是最具潜质的车载电源及便携电源的供能装置。也是未来最有可能成为商业化的燃料电池类型之一。质子交换膜(Proton exchange membrane，PEM)是燃料电池中的核心部件，起到传导质子并且阻隔电子，并使阴阳极分隔等作用。目前商业化的PEM最为成熟的是杜邦公司的Nafion系列膜。但是当Nafion用于DMFC中时，其本身的结构特点导致燃料甲醇从阳极向阴极大量地渗透，在阴极侧发生电化学氧化产生混合电位，降低电池输出性能。同时也会导致催化剂中毒，最终影响电池寿命。因此对集中于降低Nafion甲醇渗透率的改性工作也是DMFC研究的一个热点。
磷钨酸(HPW)是一种很好的质子导体，其本征电导率可达0.2S/cm。因此将HPW引入燃料电池中强化电导性能是很多工作的聚集点。但是HPW致命弱点是其极高的水溶性，在电池环境中产生水，HPW极易随水流失，造成电池性能的下降甚至衰退。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明人提出了一种基于Nafion膜的表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜。
根据本发明的一个实施例，通过利用磷钨酸(HPW)与碳酸铯(Cs2CO3)的相互作用，在已经取代了Cs2CO3的Nafion中引入Cs2CO3与HPW的反应沉淀颗粒，而达到减小甲醇扩散通道外部口径的目的，进而减小甲醇扩散率。同时通过铯盐与HPW的反应，使HPW得到固定，从而使之生成不溶于水的沉淀物，不易随水流失。
根据本发明的一个方面，提供了Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于包括：
Cs改性处理，从而得到改性的Nafion膜；以及
HPW改性处理，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜(“Cs-HPW-Nafion膜”)。
根据本发明的一个进一步的方面，所述Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法的特征在于所述Cs改性处理包括：
把Nafion膜置于铯盐溶液中，从而得到铯改性的Nafion膜。
根据本发明的一个进一步的方面，所述Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法的特征在于所述HPW改性处理包括：
把改性的Nafion膜置于HPW溶液中，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜。
根据本发明的又一个方面，提供了一种Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述Cs-HPW表面改性的Nafion膜是用上述方法制备的。
根据本发明的又一个方面，提供了一种Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述Cs-HPW表面改性的Nafion膜包括：
Nafion膜，
分布在所述Nafion膜表面上的铯盐与HPW的反应沉淀颗粒。
根据本发明的一个进一步的方面，上述反应沉淀颗粒是通过利用磷钨酸(HPW)与碳酸铯(Cs2CO3)的相互作用而引入到所述Nafion膜表面上的。
附图说明
图1所示的是根据本发明的实施例的Cs-HPW-Nafion膜的扫描电镜照片。
图2所示的是根据本发明的实施例的Cs-HPW-Nafion膜的表面能谱分析图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例，通过利用磷钨酸(HPW)与碳酸铯(Cs2CO3)的相互作用，在已经取代了Cs2CO3的Nafion中引入Cs2CO3与HPW的反应沉淀颗粒，而达到减小甲醇扩散通道外部口径的目的，进而减小甲醇扩散率。同时通过铯盐与HPW的反应，使HPW得到固定，从而使之生成不溶于水的沉淀物，不易随水流失。
根据本发明的一个实施例的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法包括：
-Cs改性处理，从而得到改性的Nafion膜(“Cs-Nafion膜”)；以及
-HPW改性处理，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜(“Cs-HPW-Nafion膜”)。
根据本发明的一个实施例，所述Cs改性处理包括把Nafion膜置于Cs2CO3溶液中，从而得到改性的Nafion膜。
根据本发明的一个实施例，所述HPW改性处理包括把改性的Nafion膜置于HPW溶液中，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜。
根据本发明的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，提供了根据本发明的Cs-HPW表面改性的Nafion膜。
根据本发明的一个实施例的一种Cs-HPW表面改性的Nafion膜包括：
Nafion膜，
分布在所述Nafion膜表面上的铯盐与HPW的反应沉淀颗粒。
在根据本发明的一个实施例的Cs-HPW表面改性的Nafion膜中，所述反应沉淀颗粒是通过利用磷钨酸(HPW)与碳酸铯(Cs2CO3)的相互作用而引入到所述Nafion膜表面上的。
根据本发明的一个优选实施例，所述HPW溶液的浓度在5mM-40mM的范围，所述Cs2CO3溶液的浓度在0.5M-6M的范围。
根据本发明的一个更加优选实施例，所述HPW溶液的浓度在5mM-20mM的范围，所述Cs2CO3溶液的浓度在2M-4M的范围。
实施例1：
用标准方法处理Nafion212膜：
把Nafion212膜在5wt％的H2O2中80℃煮1小时；再用去离子水洗三遍；最后在去离子水中80℃煮1小时，再用8wt％的H2SO4在80℃煮1小时；再用去离子水洗三遍；最后在去离子水中80℃煮1小时，置于去离子水中保存。
将处理好的Nafion212膜裁成4cm×4cm，取12片，编号1#-12#，将9#-12#保存于去离子水中。
取1#-8#置于60℃的2M的Cs2CO3溶液中，恒温持续搅拌24小时。然后取出，用去离子水清洗完全，把这样得到的Nafion膜称为“Cs-Nafion膜”，将5#-8#封存于去离子水中。
再将1#-4#置于0.02M的HPW溶液中，60℃恒温持续搅拌24小时。取出。以去离子水彻底冲洗3遍，封存于去离子水中。把这样得到的Nafion膜称为“Cs-HPW-Nafion膜”。
测试分析：
电导率与甲醇扩散率表征
分别测定N212，Cs-Nafion，Cs-HPW-Nafion的电导率与甲醇扩散率。测试中发现，在用Cs2CO3对Nafion进行处理后，得到的Cs-Nafion的电阻很大，电导率很小，几乎表现为非质子导体。因此未表征其甲醇扩散率，因为对组装直接甲醇燃料电池而言，不能传导质子的材料甲醇扩散率高低亦无意义。
从测试结果可知，Cs-HPW-Nafion膜的电导率虽然较Nafion略有下降，但仍在质子交换膜性能要求的范围内，而其甲醇扩散系数却下降了一个数量级之多。膜整体性能优化效果显著。
扫描电镜形貌表征
图1所示的是上述实施例中的Cs-HPW-Nafion膜的扫描电镜照片，该照片显示Cs-HPW-Nafion膜表面分布有大量的颗粒，表面不再如其本来那样平整光滑。这些分布的颗粒状物质在膜表面构建了阻碍甲醇扩散通道的功能层，能在很大程度上降低甲醇扩散现象。该照片甲醇扩散系数降低提供了形貌证据。其中样品中的Pt来自于试样的前期喷Pt处理以使其成为电子导体便于扫描电镜观察。
能谱分析表征
图2所示的，是对上述实施例中的Cs-HPW-Nafion膜的表面能谱分析。从图2中可以看出很明显的W元素的吸收峰，这是HPW的标志性元素。Nafion中本身不存在W元素，在能谱上得到的W元素吸收峰表明了很强的HPW结合。在能谱分析之前，试样均在去离子水中润洗浸泡，因此Cs-HPW-Nafion膜中的HPW具有很好的稳定性。组装的HPW在液相中不易流失。
本发明的有益效果包括：
-使N212的甲醇扩散降低了约一个数量级，
-很好地解决了HPW在液相中的流失问题，
-使Cs-HPW-Nafion膜中的HPW实现了很好的稳定性。
应当理解的是，在以上叙述和说明中对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。

Claims (10)

1.Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于包括：
铯改性处理，从而得到铯改性的Nafion膜；以及
HPW改性处理，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜(“Cs-HPW-Nafion膜”)。
2.根据权利要求1所述的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于所述铯改性处理包括：
把Nafion膜置于铯盐溶液中，从而得到铯改性的Nafion膜。
3.根据权利要求1所述的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于所述HPW改性处理包括：
把改性的Nafion膜置于HPW溶液中，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜。
4.根据权利要求2所述的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于所述铯盐是Cs2CO3。
5.根据权利要求4所述的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于：
所述HPW改性处理包括把改性的Nafion膜置于HPW溶液中，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜；
其中所述HPW溶液的浓度在5mM-40mM的范围，所述Cs2CO3溶液的浓度在0.5M-6M的范围。
6.根据权利要求4所述的Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法，其特征在于：
所述HPW改性处理包括把改性的Nafion膜置于HPW溶液中，从而得到Cs-HPW改性的Nafion膜；
其中所述HPW溶液的浓度在5mM-20mM的范围，所述Cs2CO3溶液的浓度在2M-4M的范围。
7.一种Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述Cs-HPW表面改性的Nafion膜是用根据权利要求1-6中的任何一项的方法制备的。
8.一种Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述Cs-HPW表面改性的Nafion膜包括：
Nafion膜，
分布在所述Nafion膜表面上的铯盐与HPW的反应沉淀颗粒。
9.根据权利要求8所述的Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述铯盐是Cs2CO3。
10.根据权利要求8所述的Cs-HPW表面改性的Nafion膜，其特征在于所述反应沉淀颗粒是通过利用磷钨酸(HPW)与碳酸铯(Cs2CO3)的相互作用而引入到所述Nafion膜表面上的。
CN200910243704.0A 2009-12-23 2009-12-23 Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜 Expired - Fee Related CN102108128B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910243704.0A CN102108128B (zh) 2009-12-23 2009-12-23 Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910243704.0A CN102108128B (zh) 2009-12-23 2009-12-23 Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102108128A true CN102108128A (zh) 2011-06-29
CN102108128B CN102108128B (zh) 2014-03-05

Family

ID=44172422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910243704.0A Expired - Fee Related CN102108128B (zh) 2009-12-23 2009-12-23 Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102108128B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110483822A (zh) * 2019-08-16 2019-11-22 上海博暄能源科技有限公司 一种提高质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法
CN113694955A (zh) * 2021-09-17 2021-11-26 浙江大学 一种质子化类石墨相氮化碳负载多金属氧酸盐催化剂及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080003479A1 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Konkuk University Industrial Cooperation Corp. Ionic polymer metal composite electrolyte for fuel cell
CN101207214A (zh) * 2007-12-13 2008-06-25 东华大学 一种燃料电池用有机/无机复合质子交换膜的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080003479A1 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Konkuk University Industrial Cooperation Corp. Ionic polymer metal composite electrolyte for fuel cell
CN101207214A (zh) * 2007-12-13 2008-06-25 东华大学 一种燃料电池用有机/无机复合质子交换膜的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110483822A (zh) * 2019-08-16 2019-11-22 上海博暄能源科技有限公司 一种提高质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法
CN110483822B (zh) * 2019-08-16 2022-02-11 上海博暄能源科技有限公司 一种提高质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法
CN113694955A (zh) * 2021-09-17 2021-11-26 浙江大学 一种质子化类石墨相氮化碳负载多金属氧酸盐催化剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN102108128B (zh) 2014-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goor et al. High power direct methanol fuel cell for mobility and portable applications
Zhang et al. Study on a novel manufacturing process of membrane electrode assemblies for solid polymer electrolyte water electrolysis
TWI301334B (zh)
CN106463750A (zh) 具有分散有碳粒子的钒电解质的氧‑钒氧化还原液流电池
CN104846397A (zh) 一种用于电化学还原co2制甲酸的电极及其制备方法和应用
CN102108128B (zh) Nafion膜的Cs-HPW表面改性方法和Cs-HPW表面改性的Nafion膜
Chencheng et al. Aqueous tape casting technology of NiO-YSZ electrode for solid oxide cells
CN106159300B (zh) 一种增强复合质子交换膜的制备方法
CA2551607A1 (en) Method for producing hydrogen and hydrogen producing apparatus used therefor
Wang et al. Investigation of methanol crossover and water flux in an air-breathing direct methanol fuel cell
US20080003479A1 (en) Ionic polymer metal composite electrolyte for fuel cell
JPH10208757A (ja) 燃料電池発電装置
CN101140997A (zh) 一种质子交换膜燃料电池失效膜电极恢复再生的方法
Zelenay et al. Ruthenium crossover in DMFCs operating with different proton conducting membranes
Lomberg et al. Characterization of a novel Ni-impregnated GDC electrode for solid oxide fuel cell and electrolysis cell applications
JP2008016390A (ja) 燃料電池
CN104549233A (zh) 一种燃料电池阳极催化剂的制备方法
Aragane et al. Evaluation of an effective platinum metal surface area in a phosphoric acid fuel cell
Zhou et al. Effect of cations in solution on the oxidation of methanol on the surface of platinum electrode
CN108091884A (zh) 一种固体氧化物燃料电池阴极及应用
WO2017084377A1 (zh) 一种新型甲醇燃料电池用质子交换膜
Chen et al. Microfluidic Aluminum-air Cell with Methanol-based Anolyte
Wang et al. The kinetic reaction of aluminum-air battery in different aqueous solution
Mack et al. Novel anode based on sulfonated polysulfone for medium temperature direct methanol fuel cells
JP2005166572A (ja) 電気化学デバイス、及びその製造方法と駆動方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140305

Termination date: 20141223

EXPY Termination of patent right or utility model