【CN109873186A】质子交换膜燃料电池准二维模型建立方法【专利】

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一种燃料电池用高温质子交换膜的制备方法[发明专利]

专利名称：一种燃料电池用高温质子交换膜的制备方法专利类型：发明专利
发明人：卢善富,庄林,白慧娟,彭汉青
申请号：CN201910873513.6
申请日：20190917
公开号：CN110661021A
公开日：
20200107
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种燃料电池高温质子交换膜及其制备方法。

该方法主要包括聚合物的合成、溶液浇铸制膜和质子化后处理三个步骤。

制备得到的高温质子交换膜材料均相、透明、致密，同时具有优异机械性能、高温质子导电性和化学稳定性，可满足高温质子交换膜燃料电池(100～200℃)的应用要求。

该质子交换膜还可用作液流电池、高温电池、水电解器、超级电容器等电化学器件的隔膜材料。

本发明的合成方法简单，反应条件温和，原材料成本廉价且易得，适合大规模工业化生产。

申请人：北京航空航天大学,武汉大学
地址：100191 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
代理机构：北京航智知识产权代理事务所(普通合伙)
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燃料电池用新型质子交换膜的制备方法[发明专利]

专利名称：燃料电池用新型质子交换膜的制备方法专利类型：发明专利
发明人：申靓博
申请号：CN201010120273.1
申请日：20100309
公开号：CN101789512A
公开日：
20100728
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种燃料电池用新型质子交换膜的制备方法，包括将4wt％-6wt％的Nafion醇溶液加入到DMF中，减压蒸馏，得到4wt％-6wt％的Nafion-DMF溶液；分散制备0.3-1.4wt％的NaTiO纳米管-DMF溶液；按重量比为0.5-0.7将NaTiO纳米管-DMF溶液加入Nafion-DMF溶液，超声分散，静置除泡后得到铸膜液；在玻璃培养皿中流延成膜，经烘箱热处理后得到Nafion/NaTiO纳米管复合膜，即为质子交换膜。

本发明在质子交换膜中加入了具有优异保水性能的NaTiO纳米管，可在降低甲醇透过率的同时明显提高质子传导率，且制备过程简单，无需复杂设备，易于产业化应用。

申请人：申靓博
地址：100044 北京市海淀区西直门外交大嘉园4-902
国籍：CN
代理机构：北京北新智诚知识产权代理有限公司
代理人：耿小强
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质子交换膜燃料电池及其制备方法[发明专利]

专利名称：质子交换膜燃料电池及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：钟发平,贺凤,倪江鹏,杨涵,邓宇飞,尹涛,王飞申请号：CN201911365585.6
申请日：20191226
公开号：CN110970644A
公开日：
20200407
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种质子交换膜燃料电池，包括阳极气体扩散电极、阴极膜电极和阴极气体扩散层，阴极膜电极为在质子交换膜的一面涂覆阴极催化剂层制得，所述阳极气体扩散电极为在阳极气体扩散层的一面依次涂覆第一层阳极催化剂层、第二层阳极催化剂层制得，阳极气体扩散电极、阴极膜电极、阴极气体扩散层以第二层阳极催化剂层接触质子交换膜的方式依次叠放并采用燃料电池专用夹具封装在一起，第一层阳极催化剂层中催化剂与离聚物的质量比为3：1～4：1，第二层阳极催化剂层中催化剂与离聚物的质量比为1：1～1：2。

还提供了本发明质子交换膜燃料电池的制备方法。

本发明的质子交换膜燃料电池，结构牢固，其制备方法简单可行。

申请人：先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司
地址：410100 湖南省长沙市经济技术开发区人民东路二段169号先进储能节能示范产业园10#栋一楼
国籍：CN
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质子交换膜及其制备方法和燃料电池[发明专利]

专利名称：质子交换膜及其制备方法和燃料电池专利类型：发明专利
发明人：瓦黑德·玛兹那尼,王安闽,姚文东
申请号：CN201911362332.3
申请日：20191225
公开号：CN111082112A
公开日：
20200428
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明实施例公开了一种质子交换膜及其制备方法和燃料电池，质子交换膜，包括PI基体、磷酸和有机化改性后的磷酸锆，所述磷酸和所述有机化改性后的磷酸锆分散于所述PI基体中，所述有机化改性后的磷酸锆包括磷酸锆和有机物，所述有机物与所述磷酸锆相结合，所述有机物将所述磷酸锆进行有机化改性。

本发明的质子交换膜成本低、质子传导率高、保水性强、力学性能优、热力学稳定性高、以及耐氧化性强。

申请人：深圳氢时代新能源科技有限公司
地址：518000 广东省深圳市龙岗区平湖街道鹅公岭丽新路2号
国籍：CN
代理机构：深圳中细软知识产权代理有限公司
代理人：孙凯乐
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一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法[发明专利]

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101483241A[43]公开日2009年7月15日[21]申请号200810300046.X [22]申请日2008.01.09[21]申请号200810300046.X[71]申请人汉能科技有限公司地址102209北京市昌平区北七家镇宏福创业园15号院[72]发明人马上利 [51]Int.CI.H01M 4/88 (2006.01)H01M 8/02 (2006.01)权利要求书 2 页说明书 5 页[54]发明名称一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法[57]摘要本发明公开一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，主要步骤包括将催化剂、质子交换膜树脂、溶剂、pH值调节剂以及分散剂制作成喷墨墨水，在30℃～45℃下，通过喷墨打印机打印到承印物上制备而成。

本发明的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法所制备的膜电极没有膜溶胀现象，催化剂均匀性好，上载量可控精度高。

200810300046.X权利要求书第1/2页【权利要求1】一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于： (1)将催化剂、质子交换膜树脂溶液、溶剂、pH值调节剂以及分散剂混合制成喷墨墨水；(2)用喷墨打印机将步骤(1)中的喷墨墨水，在30℃～45℃下，打印到承印物上。

【权利要求2】根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的喷墨打印机为压电式打印机。

【权利要求3】根据权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的喷墨打印机连接有加热元件。

【权利要求4】根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的承印物为质子交换膜或者气体扩散亚层。

【权利要求5】根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述的承印物为质子交换膜时，所述的操作步骤为：(1)将喷墨墨水灌入连续供墨系统中；(2)制作一个黑色或灰色图形；(3)将加热元件加热到30℃～45℃，开启打印程序，将喷墨墨水打印到质子交换膜的两侧；所述的承印物为气体扩散亚层时，所述的操作步骤为：(1)在扩散亚层上喷涂一层水溶性树脂；(2)将喷墨墨水灌入打印机的墨盒；(3)制作一个黑色或灰色图形；(4)将加热元件加热到30℃～45℃，开启打印程序，将喷墨墨水打印到扩散亚层上。

质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011116803.5(22)申请日 2020.10.19(71)申请人西安凯立新材料股份有限公司地址 710201 陕西省西安市经济技术开发区泾渭新城泾勤路西段6号(72)发明人张洁兰　陈丹　颜攀敦　(74)专利代理机构西安启诚专利知识产权代理事务所(普通合伙) 61240代理人冯亮(51)Int.Cl.H01M 4/92(2006.01)(54)发明名称质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了质子交换膜燃料电池用催化剂，包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属组分，所述金属组分为铂和助剂金属，所述催化剂中铂的质量百分含量为40％～60％，助剂金属的质量百分含量为2％～6％，所述助剂金属为铁、钴、镍或铜。

此外，本发明还提供一种制备上述催化剂的方法，该催化剂在电化学性能测试中，性能稳定，炭黑载体为通过与甘氨酸、L ‑半胱氨酸或β‑丙氨酸混合球磨再高温处理后的炭黑载体，炭黑载体中掺入氮元素，表面负载的金属组分分散更为均匀且金属组分与炭黑载体结合强度更高。

权利要求书2页说明书16页附图2页CN 112259752 A 2021.01.22C N 112259752A1.一种质子交换膜燃料电池用催化剂，其特征在于，包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属组分，所述金属组分为铂和助剂金属，所述催化剂中铂的质量百分含量为40％～60％，助剂金属的质量百分含量为2％～6％，所述助剂金属为铁、钴、镍或铜。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用催化剂，其特征在于，所述炭黑载体为预处理后炭黑载体，预处理的方法包括将炭黑用超纯水洗涤至滤液电导率＜4δ/cm2，烘干，与固体预处理剂混合球磨后于500℃～800℃温度条件下进行处理；所述固体预处理剂为甘氨酸、L-半胱氨酸或β-丙氨酸。

【CN109888346A】利用静电纺丝技术负载催化剂于膜纤维表面的燃料电池质子交换膜的制备方法【专

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910123369.4(22)申请日 2019.02.18(71)申请人山东星火科学技术研究院地址 250000 山东省济南市历城区七里河路北段2号产学研基地11号楼(72)发明人车春玲　(74)专利代理机构济南舜科知识产权代理事务所(普通合伙) 37274代理人徐娟(51)Int.Cl.H01M 8/1069(2016.01)H01M 4/90(2006.01)(54)发明名称利用静电纺丝技术负载催化剂于膜纤维表面的燃料电池质子交换膜的制备方法(57)摘要本发明涉及一种利用静电纺丝技术负载催化剂于膜纤维表面的燃料电池质子交换膜的制备方法，首先制备了氮掺杂石墨烯催化剂，然后用磺化聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚谷氨酸静电纺丝制得质子交换膜，将质子交换膜浸于氮掺杂石墨烯催化剂浆料中处理后制备了负载催化剂于膜纤维表面的燃料电池质子交换膜。

该质子交换膜具有良好的化学稳定性及机械性能，有较高的催化活性，质子传导性能优异。

权利要求书1页说明书4页CN 109888346 A 2019.06.14C N 109888346A权　利　要　求　书1/1页CN 109888346 A1.利用静电纺丝技术负载催化剂于膜纤维表面的燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取氧化石墨烯加入无水乙醇中配成浓度为5-10wt％的分散液，然后加入吡咯单体，分散均匀后加入双氧水和对甲苯磺酸，球磨机球磨至溶剂挥发完全，真空干燥后加入5倍重量的无水乙醇，然后加入硫酸亚铁，研磨至无水乙醇完全挥发，真空干燥得到复合物前驱体；将复合物前驱体在氮气保护下于管式炉中800℃热处理2h，冷却至室温后研磨得到氮掺杂石墨烯催化剂；2)将氮掺杂石墨烯催化剂加入二甲基甲酰胺中，超声分散1-2h得浓度为10-15wt％的催化剂浆料；3)将磺化聚醚醚酮加入二甲基甲酰胺中，搅拌溶解配制成浓度为8-12wt％的磺化聚醚醚酮溶液；4)向磺化聚醚醚酮溶液中依次加入聚酰亚胺和聚谷氨酸，超声处理2-3h，得分散均匀的纺丝液，将纺丝液静电纺丝得纤维膜，将纤维膜浸泡于去离子水中12h，取出真空干燥得质子交换膜；5)将质子交换膜浸入催化剂浆料中10-20h，取出后80-100℃真空干燥6-8h，置于0.5mol/L硫酸溶液中1h，取出后用去离子水反复浸泡、洗涤，60-80℃真空干燥12h，得负载催化剂于膜纤维表面的燃料电池质子交换膜。

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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910162441.4
(22)申请日 2019.03.05
(71)申请人天津大学
地址 300072 天津市南开区卫津路92号
(72)发明人焦魁　蒋杨　
(74)专利代理机构天津盛理知识产权代理有限
公司 12209
代理人董一宁
(51)Int.Cl.
H01M 8/04298(2016.01)
H01M 8/04992(2016.01)
(54)发明名称
质子交换膜燃料电池准二维模型建立方法
(57)摘要
本发明公开了一种建立质子交换膜燃料电
池的准二维模型建立方法，该模型的建立主要包
括：求解流道内传质方程、求解沿流道的局部电
流密度和电池输出电压、顺逆流进气模式下，准
二维模型的迭代求解等。

由于电池运行时由于反
应气体的消耗，沿流道方向存在反应气浓度的下
降，催化层反应速率的变化使得电池沿流道方向
各节点电流密度不同。

模型考虑了沿流道方向的
实际反应气体浓度分布，能够更好地反映电池运
行的局部特性，使模型物理过程更完整，提高了
模型的准确性和应用价值，特别有助于电堆及系
统级燃料电池模型的开发，推动燃料电池实际应
用领域的发展。

模型的求解方法具有更好的收敛
性和计算效率，有助于模型快速稳定地对电池运
行情况进行预测。

权利要求书2页说明书5页附图4页CN 109873186 A 2019.06.11
C N 109873186
A
1.一种建立质子交换膜燃料电池的准二维模型建立方法，其特征是：所述模型建立的具体步骤如下：
(1)求解流道内传质方程
稳态情况下，
流道内反应气体的完整传输过程由对流扩散方程表示：
式中，x和y分别表示垂直电池极板方向和沿流道方向；C GDL 为GDL内的反应气摩尔浓度；C ch 为流道内的气体摩尔浓度，不考虑流道截面上的气体浓度差异，此处C ch 仅在y方向上变化；u ch 为流道内的气体流速；d ch 为流道深度；为GDL内气体的有效扩散系数，式中等号左侧为垂直极板的x方向上通过流道进入气体扩散层的反应气体流通量；等号右侧两项依次为流道内气体的对流项和扩散项，
从流道上游到下游，流道被划分为N个相同尺寸的节点，各个节点对应的电流密度不同，
但均满足：
式中，I k 为各节点对应的电流密度；q k 为单位面积反应速率；阳极氢气反应的n＝2，阴极氧气反应的n＝4，将变量依次无量纲化为：
结合公式(1-1)和(1-2)得到无量
纲方程为：式中，L ch 为流道特征长度，取值为电池的极板长度；流道内对流强度和扩散强度的相对
大小可以由传质佩克莱数Pe表征:
当流道内对流占主导时，忽略流道内气体扩散的作用，
将方程简化为：
由(1-5)式求出的流道气体浓度分布为线性分布，适用于每个流道节点内，在节点1入
口处代入求得节点1内气体浓度分布，后续节点入口边界条件由上一节点求得的出口浓度给定，各节点内特征浓度由该节点进出口平均浓度表示；
(2)求解沿流道的局部电流密度和电池输出电压
流道各节点的局部电流密度I k 和输出电压V作为待求量，共有N+1个变量，变量满足：电池总的平均电流密度为给定值I；电池各节点处阴阳极电势差相等，这两个关系由下式(2-
1)和(2-2)表示：
权　利　要　求　书1/2页2CN 109873186 A。