纳米阵列结构的离子交换膜、其制备方法及应用.pdf

(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CN106033817A(43)申请公布日2016.10.19(21)申请号201510109691.3(22)申请日2015.03.12(71)申请人中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所地址215123江苏省苏州市苏州工业园区独墅湖高教区若水路398号(72)发明人周小春顾俊南(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256代理人王锋(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/94(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称纳米阵列结构的离子交换膜、其制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种纳米阵列结构的离子交换膜、其制备方法及应用。该制备方法包括：提供具有纳米孔道阵列的模板，纳米孔道阵列由分布在模板上的复数纳米级盲孔组成；将离子导体溶液等填充于模板内并固化成型；以及，去除所述模板，获得所述纳米阵列结构的离子交换膜。进一步的，该离子交换膜可应用于制备单电极核心组件。本发明通过采用单通模板法在离子交换膜上原位制备纳米阵列，尺寸可大范围控制，其中纳米线或纳米管直径＞100nm，长度为10nm-100μm，纳米阵列的离子交换膜面积为0.1cm2-1m2，进一步的，通过并且采用磁性调控催化剂进入纳米缝隙，可大大增加三相界面(电子、质子、物质)，并且可精确控制，且工艺简单，可大规模生产。CN106033817ACN106033817A权利要求书1/1页1.一种纳米阵列结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于包括：提供具有纳米孔道阵列的模板，所述纳米孔道阵列由分布在模板上的复数纳米级盲孔组成；将离子导体溶液、离子导体熔融体、含离子导体单体的流体中的至少一种填充于模板内并固化成型；以及，去除所述模板，获得所述纳米阵列结构的离子交换膜。2.根据权利要求1所述纳米阵列结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于包括：(1)将所述模板放入真空干燥器内，并抽真空至真空干燥器内腔压力在0.1MPa以下，然后加入离子导体溶液，继续保持真空状态，静置，待离子导体溶液充分进入所述模板上的孔道后，将真空干燥器内腔压力调至标准大气压，并取出所述模板；(2)将所述模板在30℃-100℃烘干，在烘干过程中继续向模板上施加离子导体溶液，以调控所述纳米阵列结构的基底厚度；(3)待所述模板被烘干后，将环境温度升至110℃-240℃进行热处理，之后自然冷却；(4)以腐蚀液去除所述模板，获得纳米阵列结构的离子交换膜。3.根据权利要求1或2所述纳米阵列结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于所述纳米阵列结构主要由复数纳米线或纳米管组成，其中所述纳米线或纳米管的直径为＞100nm而≤900nm，长度为10nm-100μm。4.根据权利要求1或2所述纳米阵列结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于所述纳米阵列结构的面积为0.1cm2-1m2。5.由权利要求1-4中任一项所述方法制备的纳米阵列结构的离子交换膜。6.一种单电极核心组件，其特征在于包含权利要求4所述的纳米阵列结构的离子交换膜。7.一种单电极核心组件的制备方法，其特征在于包括：采用权利要求1-4中任一项所述的方法制备纳米阵列结构的离子交换膜；以及，向所述离子交换膜的纳米阵列结构上施加磁性催化剂浆料，并将所述离子交换膜置于一可变磁场中，调节磁场强度，同时使所述离子交换膜持续振动，待所述磁性催化剂浆料填充入所述纳米阵列结构内，再在所述纳米阵列结构表面施加离子导体溶液，之后烘干，获得所述单电极核心组件。8.一种燃料电池，其特征在于包含权利要求5所述的离子交换膜或权利要求6所述的单电极核心组件。9.一种超级电容器，其特征在于包含权利要求5所述的离子交换膜或权利要求6所述的单电极核心组件。10.一种太阳能转换装置，其特征在于包含权利要求5所述的离子交换膜或权利要求6所述的单电极核心组件。11.一种装置，其特征在于包含权利要求5所述的离子交换膜、权利要求6所述的单电极核心组件、权利要求8所述的燃料电池、权利要求9所述的超级电容器或者权利要求10所述的太阳能转换装置。2CN106033817A说明书1/3页纳米阵列结构的离子交换膜、其制备方法及应用技术领域[0001]本发明涉及一种离子交换膜，特别是一种可应用于燃料电池、超级电容器、太阳能转换装置等的、具有纳米阵列结构的离子交换膜及其制备方法，属于新能源技术领域。背景技术[0002]燃料电池，例如质子交换膜燃料电池(PEMFC)以聚合物质子交换膜作电解质，其核心部件是膜电极。目前PEMFC的关键技术已经成熟，限制其商业化最大障碍是成本太高。因此，对PEMFC膜电极结构及制备工艺进行优化不仅对提高电池性能，而且对降低