一种复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本技术涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.氢能是一种高效、环保的可再生能源。以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池因其高比能、环保、转化效率高而受到广泛的研究。质子交换膜燃料电池的核心是膜电极，它是能量转换及发电的主要场所。其中质子交换膜(pem)是膜电极(mea)中的重要部件之一，它承担着传导质子，隔绝气体的作用。质子传导性能越好，则在阳极反应产生的质子则更易穿过质子交换膜抵达阴极进行反应。pem的防渗透性越大，则氢气的透过量更低，与氧气反应生成对mea运行有害的过氧化物的几率也更低，利于pem的长效耐久使用。
3.为提高pem的防渗透性，有人提出了首先通过化学气相沉积在金属基体表面沉积石墨烯层，再通过转印的方式将石墨烯层转移到质子交换膜上，来形成石墨烯/全氟磺酸树脂复合膜，该方法虽然提升了质子交换膜的防气体渗透率，但是石墨烯层的增加势必导致全氟磺酸树脂膜的质子传导率下降；还有人提出了在质子交换膜制备过程中掺入多种氧化态的过渡金属离子或镧系金属离子，以提升质子传导率及防气体渗透性，但是质子通过添加入的金属陶瓷进行传导时，其能量损失较大，导致传导率下降。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种复合材料及其制备方法和应用，以改善质子交换膜的防气体渗透率，同时兼顾质子传导损失。
5.第一方面，本技术提供了一种复合材料，所述复合材料包括通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料。
6.作为一种可选的实施方式，所述氨基酸和碳材料的质量比为(2～10)：1。
7.作为一种可选的实施方式，所述氨基酸包括亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、谷氨酸、牛磺酸和色氨酸中的至少一种；和/或
8.所述碳材料包括cnt、氧化石墨烯和科琴黑中的至少一种。
9.作为一种可选的实施方式，所述aa@碳材料和cs的质量比为1：(1～5)。
10.第二方面，本技术提供了一种质子交换膜，所述质子交换膜包括第一方面所述的复合材料。
11.作为一种可选的实施方式，所述质子交换膜还包括nafion；
12.可选的，所述复合材料和所述nafion的质量比为(2～5)：20。
13.第三方面，本技术提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括第一方面所述的复合材料或第二方面所述的质子交换膜。
14.第四方面，本技术提供了一种复合材料的制备方法，所述方法包括：
15.对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料；
16.把活化碳材料和氨基酸进行第一反应，以形成酯基，得到aa@碳材料；
17.把所述aa@碳材料和cs进行第二反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料。
18.作为一种可选的实施方式，所述对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料，具体包括：
19.采用浓硝酸和浓硫酸的混合溶液对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料；
20.可选的，所述活化处理的温度为90～110℃，所述活化处理的时间为5～7h；
21.和/或
22.所述把活化碳材料和氨基酸进行反应，以形成酯基，得到aa@碳材料，具体包括：
23.把所述活化碳材料、氨基酸、树脂混合于溶剂中，后进行第一反应，以形成酯基，得到aa@碳材料；
24.可选的，所述活化碳材料和树脂的质量比为1：(1～5)；
25.可选的，所述树脂包括kh-550、kh-580、酚醛树脂、聚酰胺中的至少一种；
26.可选的，所述溶剂包括无水乙醇；
27.可选的，所述活化碳材料和所述溶剂的质量比为1：(20～100)；
28.可选的，所述第一反应的温度为50～70℃，所述第一反应的时间为3～5h；
29.和/或
30.所述把所述aa@碳材料和cs进行反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料，具体包括：
31.把所述aa@碳材料、cs和酸溶液进行分散，后进行第二反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料；
32.可选的，所述壳聚糖和所述酸溶液的质量比为1:(10～50)；
33.可选的，所述酸溶液包括甲酸、乙酸、硼酸、柠檬酸中的至少一种；
34.可选的，所述第二反应的温度为100～160℃，所述第二反应的时间为2～4h。
35.第五方面，本技术提供了一种质子交换膜的制备方法，所述方法包括：
36.得到复合材料，所述复合材料包括通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料；
37.把所述复合材料和nafion溶液进行混合，后进行制膜，得到质子交换膜；
38.可选的，所述得到复合材料采用权利要求8至9中任一项所述的复合材料的制备方法；
39.可选的，所述nafion溶液的质量浓度为15％～25％；
40.可选的，所述复合材料的质量为所述nafion溶液的质量的2％～5％。
41.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
42.本技术实施例提供的该复合材料，由通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs构成，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料，当其被施用于质子交换膜时，由于碳材料具有优异的导电性能，并且氨基酸的引入除了可以在质子交换膜内部形成特有的质子传输通道，其包附在碳材料上还能防止碳材料引起的短路现象，起到改善质子交换膜的防气体渗透率，同时兼顾质子传导损失的效果。同时，壳聚糖具有较好的机械强度，可起到改善质子交换膜的机械强度。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
44.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本技术实施例提供的方法的流程图；
46.图2为本技术实施例1和对比例1提供的质子交换膜的质子传导率的测试结果图。
具体实施方式
47.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.除非另有特别说明，本技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
49.本技术实施例提供了一种复合材料，所述复合材料包括通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料。
50.在一些实施例中，氨基酸包括亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、谷氨酸、牛磺酸和色氨酸中的至少一种；所述碳材料包括cnt、氧化石墨烯和科琴黑中的至少一种。
51.壳聚糖(cs)是一种天然多糖，它具有优异的生物相容性、生物降解性、高亲水性、低甲醇渗透性并且易于化学官能化。除此之外，它还具有较好的机械强度。壳聚糖作为制备膜的原材料已被广泛研究用于分离、反渗透、超滤和燃料电池领域。但cs的主要问题在于其质子传导性较差，没有天然的质子传导通道，因此需要将其改性或复合以提升其质子传导能力。
52.碳材料可以选自碳纳米管(cnt)、氧化石墨烯和科琴黑中的至少一种，以cnt进行举例说明：cnt是一种制造高性能复合材料纳米材料之一，因为它具有高柔韧性、低质量密度、大纵横比、极高的拉伸模量和强度。将它应用在质子交换膜中将使质子膜具有较好的质子传到能力以及好的机械性能。目前有人提出了采用超强固体酸-硫化氧化锆改性cnt，通过活化处理来削弱cnt之间的相互作用力，使cnt具有更大的比表面积能够进行更好的导电及质子传输，然而，cnt直接应用在质子交换膜中可能会导致质子膜中形成电子通道，从而导造成pemfc短路的风险。目前有人提出了通过二氧化硅包覆碳纳米管，通过绝缘的作用防止碳纳米管之间不规则的分布使质子膜短路，除此之外，cnt管壁间存在较强的范德华力，这导致cnt很难均匀的分散在成膜的聚合液中，因此需要对cnt进行改性以提升其在质子交换膜中的应用能力。
53.而发明人在发明过程中发现：生物系统中普遍存在着质子传导现象，经研究发现，羧基、氨基基团可以共享质子供体和受体，因此氨基酸(aa)进行传导质子对能量损耗的影响较小。并且活细胞中质子能够靶向传导。氨基酸本身就是一种具有特定质子传输通道的物质，并且其具有较为复杂的空间结构，通过氨基酸与cnt等碳材料进行复合，不仅能进一
步增强材料的质子传到能力，并且氨基酸能够使cnt等碳材料之间的相互作用力变强，使其分散的更为均匀，防止cnt的团聚。
54.本复合材料先将氨基酸与cnt等碳材料进行复合，进一步提升cnt等碳材料的质子传到能力并增强其质子传导选择性，防止电子在质子膜内的传输导致短路现象发生。再将aa@cnt材料与cs进行复合，以增强质子膜的防渗透性以及机械性能。
55.该复合材料由通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs构成，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料，当其被施用于质子交换膜时，由于碳材料具有优异的导电性能，并且氨基酸的引入除了可以在质子交换膜内部形成特有的质子传输通道，其包附在碳材料上还能防止碳材料引起的短路现象，起到改善质子交换膜的防气体渗透率，同时兼顾质子传导损失的效果。同时，壳聚糖具有较好的机械强度，可起到改善质子交换膜的机械强度。
56.在一些实施例中，氨基酸和碳材料的质量比为(2～10)：1。控制氨基酸和碳材料的质量比为(2～10)：1能够形成更适宜的空间结构，进而提升复合材料的质子传导率。
57.在一些实施例中，所述aa@碳材料和cs的质量比为1：(1～5)。控制aa@碳材料和cs的质量比为1：(1～5)能够使复合材料保证高的质子传导率并且机械性能也会得到提升。
58.本技术实施例提供了一种质子交换膜，所述质子交换膜包括第一方面所述的复合材料。
59.在一些实施例中，所述质子交换膜还包括nafion；可选的，所述复合材料和所述nafion的质量比为(2～5)：20。控制复合材料和所述nafion的质量比为(2～5)：20能够使制备出的质子交换膜平整、光滑，且具有较高的质子传输能力及机械性能。
60.本技术实施例提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括如上提供的复合材料或如上提供的质子交换膜。
61.如图1所示，本技术实施例提供了一种复合材料的制备方法，所述方法包括：
62.s1.对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料；
63.在一些实施例中，所述对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料，具体包括：
64.采用浓硝酸和浓硫酸的混合溶液对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料。
65.进一步的，所述活化处理的温度为90～110℃，所述活化处理的时间为5～7h。
66.具体而言，本实施例中，首先称取10gcnt放入浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中在100℃下处理6h，随后抽滤得到活化后的cnt，并用蒸馏水洗涤至中性，并干燥，，得到活化cnt。
67.s2.把活化碳材料和氨基酸进行第一反应，以形成酯基，得到aa@碳材料；
68.在一些实施例中，所述把活化碳材料和氨基酸进行反应，以形成酯基，得到aa@碳材料，具体包括：
69.把所述活化碳材料、氨基酸、树脂混合于溶剂中，后进行第一反应，以形成酯基，得到aa@碳材料。
70.进一步的，所述活化碳材料和树脂的质量比为1：(1～5)；该比例能够让氨基酸与cnt进行更充分的反应并粘结在一起。
71.可选的，所述树脂包括kh-550、kh-580、酚醛树脂、聚酰胺中的至少一种；
72.可选的，所述溶剂包括无水乙醇；
73.可选的，所述活化碳材料和所述溶剂的质量比为1：(20～100)；该比例为了让cnt
进行更好的分散。
74.可选的，所述第一反应的温度为50～70℃，所述第一反应的时间为3～5h。
75.具体而言，本实施例中，向烧杯中加入活化cnt、氨基酸、树脂、无水乙醇，接着在60℃条件下对溶液进行搅拌，搅拌4h，对溶液进行过滤，并用蒸馏水及逆行洗涤，得到aa@cnt。
76.s3.把所述aa@碳材料和cs进行第二反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料。
77.在一些实施例中，所述把所述aa@碳材料和cs进行反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料，具体包括：
78.把所述aa@碳材料、cs和酸溶液进行分散，后进行第二反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料。
79.进一步的，所述酸溶液包括甲酸、乙酸、硼酸、柠檬酸中的至少一种；
80.可选的，壳聚糖与酸溶液的质量比为1:10-50，该比例能够很好的活化壳聚糖，使壳聚糖与aa@cnt充分进行反应，复合。
81.可选的，所述第二反应的温度为100～160℃，所述第二反应的时间为2～4h。
82.具体而言，本实施例中，将制备好的aa@cnt放入烧杯中，继续向烧杯中加入壳聚糖、酸溶液，进行超声分散，将分散好的溶液倒入反应釜中，在一定温度下反应，反应结束后等冷却至室温并过滤，得到aa@cnt@cs复合材料。
83.本技术实施例提供了一种质子交换膜的制备方法，所述方法包括：
84.s1.得到复合材料，所述复合材料包括通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料；
85.s2.把所述复合材料和nafion溶液进行混合，后进行制膜，得到质子交换膜。
86.具体而言，本实施例中，将制备好的aa@cnt@cs复合材料倒入质量分数为20％的nafion溶液中，通过溶液浇铸法将溶液倒入模具中，将模具放入烘箱中干燥，待干燥完毕后，从模具上取出膜，并在热压机上进行热压，热压后即得到质子交换膜。其中，烘箱的烘干温度为40～80℃。
87.将aa@cnt@cs材料制备好后，与20％的nafion溶液进行共混，再加入有机溶剂进行共混，共混结束后浇筑在模具上，并在烘箱中进行干燥，干燥后进行热压以提高其机械强度并避免其破碎。
88.在一些实施例中，所述得到复合材料如上提供的复合材料的制备方法；
89.可选的，所述nafion溶液的质量浓度为15％～25％；
90.可选的，所述复合材料的质量为所述nafion溶液的质量的2％～5％。该比例能够使制备出的质子交换膜平整、光滑，且具有较高的质子传输能力及机械性能。
91.通过化学合成法制备出了aa@cnt@cs复合材料并以此作为骨架，加入至nafion溶液中，以溶液浇筑法制备出质子交换膜，该材料的引入极大提升了质子交换膜的机械性能，这得益于壳聚糖的引入。除此之外，质子交换膜的质子传导能力也大幅提升，这由于碳纳米管优异的导电性能，并且氨基酸的引入除了可以在质子交换膜内部形成特有的质子传输通道，其包附在碳纳米管上还能防止碳纳米管引起的短路现象。aa@cnt@cs复合材料的引入解决了在保证质子传导率提升的同时，还增强了质子交换膜的机械强度，利于在膜电极中的使用。
92.下面结合具体的实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
93.实施例1
94.一种质子交换膜的制备方法，方法包括：
95.首先称取10g cnt放入浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中在100℃下处理6h，随后抽滤得到活化后的cnt，并用蒸馏水洗涤至中性，并干燥，得到活化处理后的cnt。向烧杯中加入1g cnt、2g亮氨酸、1g酚醛树脂、20g无水乙醇，接着在60℃条件下对溶液进行搅拌，搅拌4h，对溶液进行过滤，并用蒸馏水及逆行洗涤，得到aa@cnt。
96.取1g上述反应中制备得到的aa@cnt加入至烧杯中，继续向烧杯中加入1g壳聚糖、10g甲酸，进行超声分散，超声分散功率为600w，超声30分钟，将分散好的溶液倒入反应釜中，将反应釜放在温度为100℃的烘箱中，反应2h，反应结束后等冷却至室温并过滤，得到aa@cnt@cs复合材料。
97.取1g反应得到的aa@cnt@cs复合材料加入至50g固含量为20％的nafion溶液中，放置于40℃的烘箱中，待烘干，取出质子交换膜。将质子交换膜放在热压机上进行热压，热压温度为40℃，压力为0.2mpa，随后取出，得到质子交换膜。
98.实施例2
99.一种质子交换膜的制备方法，方法包括：
100.首先称取10g cnt放入浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中在100℃下处理6h，随后抽滤得到活化后的cnt，并用蒸馏水洗涤至中性，并干燥，得到活化处理后的cnt。向烧杯中加入1g cnt、5g精氨酸与硫磺酸的混合物、2g kh-550、50g无水乙醇，接着在60℃条件下对溶液进行搅拌，搅拌4h，对溶液进行过滤，并用蒸馏水及逆行洗涤，得到aa@cnt。
101.取1g上述反应中制备得到的aa@cnt加入至烧杯中，继续向烧杯中加入2g壳聚糖、20g乙酸，进行超声分散，超声分散功率为600w，超声30分钟，将分散好的溶液倒入反应釜中，将反应釜放在温度为120℃的烘箱中，反应2h，反应结束后等冷却至室温并过滤，得到aa@cnt@cs复合材料。
102.取1g反应得到的aa@cnt@cs复合材料加入至30g固含量为20％的nafion溶液中，放置于50℃的烘箱中，待烘干，取出质子交换膜。将质子交换膜放在热压机上进行热压，热压温度为50℃，压力为0.2mpa，随后取出，得到质子交换膜。
103.实施例3
104.一种质子交换膜的制备方法，方法包括：
105.首先称取10g cnt放入浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中在100℃下处理6h，随后抽滤得到活化后的cnt，并用蒸馏水洗涤至中性，并干燥，得到活化处理后的cnt。向烧杯中加入1g cnt、8g亮氨酸与色氨酸混合物、4g聚酰胺、80g无水乙醇，接着在60℃条件下对溶液进行搅拌，搅拌4h，对溶液进行过滤，并用蒸馏水及逆行洗涤，得到aa@cnt。
106.取1g上述反应中制备得到的aa@cnt加入至烧杯中，继续向烧杯中加入4g壳聚糖、40g硼酸，进行超声分散，超声分散功率为600w，超声30分钟，将分散好的溶液倒入反应釜中，将反应釜放在温度为140℃的烘箱中，反应2h，反应结束后等冷却至室温并过滤，得到
aa@cnt@cs复合材料。
107.取1g反应得到的aa@cnt@cs复合材料加入至20g固含量为20％的nafion溶液中，放置于60℃的烘箱中，待烘干，取出质子交换膜。将质子交换膜放在热压机上进行热压，热压温度为60℃，压力为0.2mpa，随后取出，得到质子交换膜。
108.实施例4
109.一种质子交换膜的制备方法，方法包括：
110.首先称取10g cnt放入浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中在100℃下处理6h，随后抽滤得到活化后的cnt，并用蒸馏水洗涤至中性，并干燥，得到活化处理后的cnt。向烧杯中加入1g cnt、10g谷氨酸、色氨酸与精氨酸的混合物、5g kh-580、100g无水乙醇，接着在60℃条件下对溶液进行搅拌，搅拌4h，对溶液进行过滤，并用蒸馏水及逆行洗涤，得到aa@cnt。
111.取1g上述反应中制备得到的aa@cnt加入至烧杯中，继续向烧杯中加入5g壳聚糖、50g柠檬酸，进行超声分散，超声分散功率为600w，超声30分钟，将分散好的溶液倒入反应釜中，将反应釜放在温度为160℃的烘箱中，反应4h，反应结束后等冷却至室温并过滤，得到aa@cnt@cs复合材料。
112.取1g反应得到的aa@cnt@cs复合材料加入至20g固含量为20％的nafion溶液中，放置于60℃的烘箱中，待烘干，取出质子交换膜。将质子交换膜放在热压机上进行热压，热压温度为80℃，压力为0.2mpa，随后取出，得到质子交换膜。
113.对比例1
114.一种质子交换膜的制备方法，方法包括：
115.将固含量为20％的nafion溶液直接倒入在浇筑模具中，放置于60℃的烘箱中，待烘干，取出质子交换膜。将质子交换膜放在热压机上进行热压，热压温度为80℃，压力为0.2mpa，随后取出，得到质子交换膜。
116.将实施例1和对比例1提供的质子交换膜进行质子传导率，结果如图2所示，如图2所示，图2为对比例1与实施例1提供的质子交换膜在不同加湿度下的质子传导率，由图可知，实施例1的质子传导率在各加湿度均优于对比例1，这表明复合材料的引入极大增强了质子传导率。
117.将实施例1和对比例1提供的质子交换膜进行拉伸强度的测试，结果如下表所示：
[0118][0119]
由上表可知，实施例1的拉伸强度达到210mpa，对比例1的拉伸强度为165mpa，可以看出在加入复合材料后，质子膜的机械性能得到了提升。
[0120]
本技术的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
[0121]
在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本技术说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
[0122]
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0123]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述氨基酸和碳材料的质量比为(2～10)：1。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述氨基酸包括亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、谷氨酸、牛磺酸和色氨酸中的至少一种；和/或所述碳材料包括cnt、氧化石墨烯和科琴黑中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述aa@碳材料和cs的质量比为1：(1～5)。5.一种质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜包括权利要求1至4中任一项所述的复合材料。6.根据权利要求5所述的质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜还包括nafion；可选的，所述复合材料和所述nafion溶液的质量比为(2～5)：20。7.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括权利要求1至4中任一项所述的复合材料或权利要求5至6中任一项所述的质子交换膜。8.一种复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料；把活化碳材料和氨基酸进行第一反应，以形成酯基，得到aa@碳材料；把所述aa@碳材料和cs进行第二反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料。9.根据权利要求8所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料，具体包括：采用浓硝酸和浓硫酸的混合溶液对碳材料进行活化处理，得到活化碳材料；所述活化处理的温度为90～110℃，所述活化处理的时间为5～7h；和/或所述把活化碳材料和氨基酸进行反应，以形成酯基，得到aa@碳材料，具体包括：把所述活化碳材料、氨基酸、树脂混合于溶剂中，后进行第一反应，以形成酯基，得到aa@碳材料；所述活化碳材料和树脂的质量比为1：(1～5)；所述树脂包括kh-550、kh-580、酚醛树脂、聚酰胺中的至少一种；所述溶剂包括无水乙醇；所述活化碳材料和所述溶剂的质量比为1：(20～100)；所述第一反应的温度为50～70℃，所述第一反应的时间为3～5h；和/或所述把所述aa@碳材料和cs进行反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料，具体包括：把所述aa@碳材料、cs和酸溶液进行分散，后进行第二反应，以实现氢键作用的相互复合，得到复合材料；所述壳聚糖和所述酸溶液的质量比为1:(10～50)；所述酸溶液包括甲酸、乙酸、硼酸、柠檬酸中的至少一种；
所述第二反应的温度为100～160℃，所述第二反应的时间为2～4h。10.一种质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：得到复合材料，所述复合材料包括通过氢键作用相互复合的aa@碳材料和cs，其中，aa@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料；把所述复合材料和nafion溶液进行混合，后进行制膜，得到质子交换膜；所述得到复合材料采用权利要求8至9中任一项所述的复合材料的制备方法；所述nafion溶液的质量浓度为15％～25％；所述复合材料的质量为所述nafion溶液的质量的2％～5％。

技术总结
本申请涉及一种复合材料及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域；复合材料包括通过氢键作用相互复合的AA@碳材料和CS，其中，AA@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料；该复合材料由通过氢键作用相互复合的AA@碳材料和CS构成，其中，AA@碳材料包括由酯基连接的氨基酸和碳材料，当其被施用于质子交换膜时，由于碳材料具有优异的导电性能，并且氨基酸的引入除了可以在质子交换膜内部形成特有的质子传输通道，其包附在碳材料上还能防止碳材料引起的短路现象，起到改善质子交换膜的防气体渗透率，同时兼顾质子传导损失的效果。同时，壳聚糖具有较好的机械强度，可起到改善质子交换膜的机械强度。膜的机械强度。膜的机械强度。


技术研发人员：高佳武 唐雪君 赵航 韩凯凯
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/5