本技术涉及一种多孔聚醚砜/层状双氢氧化物纳米片复合阴离子交换膜的制备技术及其应用。该技术通过异丙醇铝溶液与硝酸反应生成AlOOH,随后将AlOOH加入去离子水中,进一步制备出多孔聚醚砜/层状双氢氧化物纳米片复合阴离子交换膜。该膜具有优异的分离性能和稳定性,适用于多种工业应用场景。
背景技术
化石燃料的过度使用导致的能源危机和环境问题已成为全球面临的重大问题,因此新型清洁能源的开发利用成为了世界各国关注的焦点。氢能由于其热值高无污染的特点是新型清洁能源中最具竞争力的代表之一,氢燃料电池作为氢能的高效应用装置已经得到了全球范围内研究学者的广泛关注,其中质子交换膜燃料电池是氢燃料电池中的一种重要类型。质子交换膜燃料电池经过几十年的研究发展已趋于成熟,但仍面临着以下问题:(1)质子交换膜制备过程中的高成本,(2)贵金属催化剂储量有限且价格高昂,(3)为避免催化剂毒化导致的效率降低必须使用高纯氢,(4)酸性工作环境下的高腐蚀性必须使用耐腐蚀性组件。而阴离子交换膜燃料电池的碱性工作环境下更快的电极氧化还原反应动力学及碱性环境下的低腐蚀性允许使用非贵金属催化剂,扩大配件材料的可选择性,有望降低催化剂材料及氢气使用成本从而使降低燃料电池的使用成本大大降低。
作为燃料电池的核心部件,离子传导率高、稳定可靠、价格低廉的阴离子交换膜一直以来都是研究人员们追求的目标。但由于OH-更高的分子量和更低的迁移率导致阴离子交换膜的电导率往往低于质子交换膜。现有技术中提升阴离子交换膜离子传导性能的方式主要有两种,其一是阳离子官能团改性,如季铵基团、咪唑鎓基、胍基等;另一种是利用稳定的有机聚合物材料掺杂碱金属溶液的碱掺杂阴离子交换膜,通过碱金属溶液的掺杂实现高离子传导性能,如聚苯并咪唑膜掺杂KOH。
目前,阳离子官能团改性是阴离子交换膜制备的主流方式,但是阳离子官能团改性阴离子交换膜往往具有以下缺点:复杂的改性和毒化步骤,使阳离子官能团存在性能不稳定,耐久性不足等问题。由于这些问题的存在,现在的燃料电池阴离子交换膜仍无成熟商用的产品。对于碱掺杂阴离子交换膜而言,虽然不需要复杂的阳离子官能团改性过程,具有较好的结构稳定性,但是由于这种方式完全依赖于膜中掺杂的碱金属,是不可持续的,电极反应过程中水分的生成会使膜电极中的碱金属快速流失,无法实现长时间的稳定运行。目前碱金属的流失导致的性能下降是目前碱掺杂阴离子交换膜的通病,如何解决碱流失问题成为了碱掺杂类型的阴离子交换膜发展的关键。
实现思路