[发明专利]一种高强度质子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：（1）制备两片聚四氟乙烯微孔基片：包括将经混合醇溶液溶胀后的两片聚四氟乙烯膜分别采用相同尺寸的制膜框绷紧在平整的平面上，之后按浓度从低到高的顺序依次浸渍到不同浓度梯度的Nafion溶液中；（2）制备支撑骨架：将绷紧在制膜框上的两片聚四氟乙烯微孔基片的贴合在一起并排除两张基片之间的气泡，之后采用与制膜框相配合的外边条将上下两侧的制膜框固定在一起；（3）制备质子交换膜：在基片的两侧涂覆相同厚度的全氟磺酸树脂，烘干后拆卸外边条和制膜框。采用本发明中的方法所制作的质子交换膜以双层聚四氟乙烯基体为支撑骨架，提升质子交换膜的整体机械强度，并保证尺寸稳定性。

技术领域

本发明属于质子交换膜制备领域，具体涉及一种高强度质子交换膜的制备方法。

背景技术

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其结构分为两部分：一部分是疏水的聚四氟乙烯(PTFE)骨架，另一部分是末端带有亲水性离子交换基团(SO^3-)的支链。质子交换膜性能好坏直接决定着质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。对于应用在一些特殊领域中的燃料电池，例如潜艇中、无人机、飞艇中的燃料电池，质子交换膜除了需要满足常规的性能外，还需要有更强的机械强度，并需要保持尺寸的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种高强度质子交换膜的制备方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种高强度质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备两片聚四氟乙烯微孔基片：包括将经混合醇溶液溶胀后的两片聚四氟乙烯膜分别采用相同尺寸的制膜框绷紧在平整的平面上，之后按浓度从低到高的顺序依次浸渍到不同浓度梯度的Nafion溶液(全氟磺酸型聚合物溶液)中；

(2)制备支撑骨架：将绷紧在制膜框上的两片聚四氟乙烯微孔基片的贴合在一起并排除两张基片之间的气泡，之后采用与制膜框相配合的外边条将上下两侧的制膜框固定在一起；

(3)制备质子交换膜：在基片的两侧涂覆相同厚度的全氟磺酸树脂，烘干后拆卸外边条和制膜框。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中所制备的两片聚四氟乙烯微孔基片为同步操作。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中所采用的Nafion溶液的质量分数为1～3％和3～5％，通过采用去离子水、正丙醇或去离子水和正丙醇混合液对市售的Nafion溶液进行稀释制备获得。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中所述的浸渍过程为将Nafion溶液倒入底面平整的容器中，将所述聚四氟乙烯膜的膜面朝下放入溶液中，之后在所述聚四氟乙烯膜的膜面上方与所述制膜框所围成的区域中倒入相同溶度的Nafion溶液；所述的聚四氟乙烯膜在Nafion溶液中浸渍的时间为15-30min，浸渍结束后取出制膜框沥干溶液。

作为本发明的进一步改进，所述的制膜框为矩形。

作为本发明的进一步改进，步骤(2)中，所述的外边条的高度是所述制膜框高度的两倍，所述的外边条通过螺纹连接件与所述的制膜框相连，在所述外边条和所述制膜框相一致的位置上设有螺孔。

作为本发明的进一步改进，步骤(3)中所涂覆的全氟磺酸树脂两侧的厚度相等，小于或等于所述制膜框的高度。

作为本发明的进一步改进，所述的涂覆方法包括刷涂法、手工喷涂法、超声喷涂法。

采用以上所述的制备方法制备的一种高强度质子交换膜，所制备的质子交换膜包括位于中间贴合在一起的双层聚四氟乙烯微孔基片所组成的支撑架。