[发明专利]一种无机粘结剂硅酸钠制备低温燃料电池用膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种无机粘结剂硅酸钠制备低温燃料电池用膜的制备方法。该制备方法的步骤是：采用硅酸钠水溶液作为液相及粘结剂，将粉末状的制膜材料调制成浆料；通过喷涂法、印刷法或转印法等将膜浆料附着在陶瓷、金属或硅片等各种材质的衬底上，制成涂覆膜；或者通过浇铸法或流延法等直接制备成膜；将膜在一定温度下进行脱水与固化处理。本发明降低了燃料电池及太阳能电池用膜的烧结成型温度，有效降低了涂覆膜和直接成型膜在制备过程中出现的破碎现象，提高了膜的气密性、机械强度和附着性，增强了膜的离子传导，提高了电池性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域和太阳能电池领域，具体为一种无机粘结剂硅酸钠制备低温燃料电池用膜的制备方法。

背景技术

随着传统化石燃料的不断消耗和环境问题的日趋严重，清洁的可再生能源如太阳能和氢能等受到人们越来越高的重视。作为一种清洁、高效的能源载体，氢能和太阳能成为世界各国政府和企业研发机构的研究热点。目前燃料电池和太阳能电池作为一种能分别将氢能和太阳能转为电能的高效转换装置，已成为世界能源利用领域的研究热点。但传统的燃料电池装置因造价高、运行条件苛刻等因素导致造价及运行成本昂贵，无法进行产业化生产和广泛应用。因此新型结构的转换装置和廉价的制造材料成为燃料电池领域的研究热点。与传统的能源-电能转换装置相比，新材料新结构的转换装置具有结构简单、造价低、运行成本低、易于维护等优点，为燃料电池的产业化生产和广泛应用起到了推动作用。

将原材料制备成膜的工艺是燃料电池和太阳能电池制造的核心工艺。电池的造价和性能主要由成膜工艺决定，其中膜浆料的配置是膜制备的关键技术。传统的电池膜配方中多采用乙基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等有机物作为粘结剂。待干燥成膜后，因有机粘结剂的电子、离子绝缘性，为了不影响电池的电性能，需要进行脱胶处理，使膜中的有机粘结剂完全分解。同时，为了增强膜的致密性、机械强度及附着性，并保持膜的完整性，在传统燃料电池制造中，需要在严格的升温要求和煅烧条件下通过不低于1000℃的煅烧来实现；同样，在太阳能电池制造中，为了增强膜的附着性并保持膜的完整性，也需要在严格的升温要求和煅烧条件下通过不低于500℃的煅烧来实现。并且，随着上述膜的尺寸的增大，退胶煅烧的工艺要求越严格，故成为电池造价高居不下的原因之一。并且，随着新材料的研发，出现可在低温下(低于600℃)制造并运行的新型结构燃料电池，但由于无法进行高温烧结，膜的气密性、机械强度及附着性都明显降低，从而影响了电池的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机粘结剂硅酸钠制备低温燃料电池用膜的制备方法，降低了燃料电池及太阳能电池用膜的烧结成型温度，简化了膜的制备工艺和技术要求，有效降低了膜在制备过程中出现的破碎现象，并且提高了低温燃料电池用膜的气密性、机械强度和附着性，增强了膜的离子传导，提高了电池性能。

本发明通过以下技术方案实现：

所述膜的制备包括涂覆膜的制备和直接成型膜的制备。将一定浓度的硅酸钠水溶液作为液相与粉末状的制膜材料按照一定比例混合，并加入分散剂，充分搅拌后使其形成均匀的膜浆料。采用喷涂法、丝网印刷法、转印法等膜浆料附着在陶瓷、金属或硅片等各种尺寸及材质的衬底上；或者采用浇铸法、流延法等使膜浆料直接形成具有一定厚度的各种形状及尺寸的膜；将上述膜进行固化处理，使其具有良好的防水性、机械强度和附着性。

所述硅酸钠水溶液的质量分数为2-70％；所述的膜浆料配方为粉末状的固态制膜材料与硅酸钠水溶液按照1∶20-5∶1的体积比混合；采用松油醇或三乙醇胺等作为分散剂，并且按其与硅酸钠水溶液1∶200-1∶2的体积比，逐渐加入浆料中；所述的固化处理为将膜在空气气氛下，在100℃-600℃下进行固化处理20-180min。

本发明提供一种无机粘结剂硅酸钠制备低温燃料电池用膜的制备方法。该方法包括以下几个步骤：

(1)将固体硅酸钠制备成质量分数为2-70％的硅酸钠水溶液。

(2)采用上述溶液作为液相及粘结剂，将粉末状的制膜材料调制成浆料。