Método de fabricación de membranas de intercambio de protones
(1) Membrana de intercambio de protones nanocompuesta orgánica/inorgánica
La patente mundial 65438 publicada por Columbia Chemical Company el 4 de febrero de 2003 revela un material de carbono con rama de interfaz de polímero conductor de ácido sulfónico. Su proceso de fabricación es la polimerización oxidativa y el injerto de sulfonación de monómeros poliméricos conductores que contienen heteroátomos en materiales de carbono. Este método también puede metalizar aún más materiales de carbono injertados con polímeros. Los materiales carbonosos pueden ser negro de humo, grafito, nanocarbono o fullereno, etc. Los polímeros son polianilina, polipirrol, etc. Su conductividad de protones es 8,9×10-2S/cm (medida mediante polianilina de ácido nafionsulfónico).
Muchas patentes nacionales adoptan métodos similares. Por ejemplo, en la patente china CN1476113 de la Universidad de Tsinghua publicada en junio de 2003, se añaden al disolvente polímeros heterocíclicos aromáticos con grupos laterales de ácido sulfónico en la matriz de la membrana para formar una mezcla uniforme, y luego se añaden sustancias inorgánicas para formar una suspensión. Se utiliza tecnología de nanotrituración para triturar la suspensión y obtener una suspensión uniformemente dispersada, y la película se forma mediante fundición. La estructura de la película formada es uniforme y bastante densa. No solo tiene buena resistencia a la permeación del metanol, sino que también tiene buena estabilidad química y conductividad de protones, con una permeabilidad al metanol inferior a 5.
(2) Se ha mejorado el material polimérico del esqueleto de la membrana.
El "Journal of Membrane Science" publicó un artículo publicado por la Universidad de Hong Kong en 2005. El nafion y el alcohol furfurílico polimerizado se polimerizan mediante catálisis ácida in situ. La membrana de intercambio de protones hecha de este material aumenta significativamente el caudal de metanol reducido y su conductividad de protones es de 0,0848S/cm.
La patente CN1585153 publicada por la Universidad Sun Yat-sen en China en 2004 introduce un método para preparar una membrana de intercambio de protones modificada para pilas de combustible de alcohol directo. Se utiliza resina sulfonada disponible comercialmente como materia prima, se añaden nanomateriales inorgánicos y se preparan membranas de intercambio de protones mediante métodos de formación de película como fundición, calandrado, recubrimiento en suspensión o inmersión.
(3) Ajustar la estructura interna de la membrana
La revista "Acta Electrochemistry" publicó un artículo del Instituto Gwangju de Ciencia y Tecnología en Corea del Sur en 2004, utilizando un método mejorado polímero como polímero para la membrana de intercambio de protones, se seleccionó poliestireno-b-poli(etileno-γ-butileno)-b-poliestireno * * * sulfonado (SSEBS). Observado al microscopio, muestra un canal iónico nanoestructurado y la membrana de intercambio de protones es más resistente a la electricidad que las ordinarias.
La patente de invención china CN1411085, publicada y solicitada por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en 2001, tiene múltiples microporos distribuidos ordenadamente en una estructura de película cerámica con un espesor h ≤ 1 mm y un tamaño de poro n ≤ 2 mm. Los poros están distribuidos por toda la película cerámica y los microporos de la película cerámica están llenos de electrolitos altamente conductores. El diámetro de poro n se sitúa preferentemente en la escala nanométrica. El método de preparación de la membrana de intercambio de protones consiste en preparar primero microporos ordenados en una película metálica con un espesor h≤1 mm; luego oxidarla en una membrana cerámica mediante métodos electroquímicos u otros medios y luego llenar los microporos de la membrana cerámica con alto contenido; electrolitos de conductividad. Este método tiene las características de fácil formación de película y bajo costo de fabricación. Al aumentar la temperatura de funcionamiento de la membrana de intercambio de protones, se puede resolver el problema del envenenamiento del catalizador.
Además, algunos métodos de fabricación de membranas de intercambio de protones reportados recientemente en el extranjero incluyen:
WO200545976 es una patente sobre membranas de intercambio de protones compuestas conductoras de iones presentada por Renault el 19 de mayo de 2005. Patente , que divulga un método para fabricar una membrana compuesta conductora de iones, que incluye a) combinar polímeros electrónicos y no conductores de iones, o mezclar una sal de bajo punto de fusión con al menos dos polímeros en solución o estado fundido b) combinar con el hidrolizado; precursor orgánico de sílice; c) mezclado con una solución orgánica de heteropoliácido adecuado y moldeado en una película, especialmente una película con un espesor de 5-500 micrómetros y una superficie lisa, y los poros del conductor iónico son de escala nanométrica; Entre ellos, los polímeros son polisulfona y resina de poliimida. La conductividad de protones final fue de 433 k, alcanzando (1,1 ~ 3,8) × 10-2 s/cm cuando se probó a 100 RH.
La patente mundial WO200521845 de la Universidad SABANCI, publicada el 10 de marzo de 2005, utiliza nanofibras recubiertas de metal y también involucra el proceso de recubrimiento metálico de nanofibras electrohiladas.
La Tabla 1 y la Tabla 2 enumeran los materiales, la conductividad de protones y el rendimiento de la pila de combustible final, respectivamente.
Sin embargo, la investigación actual sobre el nuevo método aún no está madura y es necesario mejorar algunas deficiencias. Por ejemplo, después de agregar sustancias inorgánicas, la película compuesta se volverá quebradiza y dura, y la propiedad de formación de película empeorará. Por lo tanto, la proporción apropiada de sustancias orgánicas e inorgánicas en la película compuesta se vuelve particularmente importante, que también es una de las siguientes. las direcciones futuras de la investigación. Además, tras la adición de nanopartículas, merece mayor atención la investigación sobre las propiedades integrales de la membrana, como la dispersión de nanopartículas y el control de la energía de reacción.