[发明专利]一种燃料电池增湿器用中空纤维膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，包括铸膜液的制备，铸膜液由质量百分数15‑35％聚合物、1‑20％的添加剂、50‑80％溶剂所组成；聚合物为聚砜，聚醚砜，磺化聚砜，磺化聚醚砜，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺及全氟磺酸中的一种或几种；添加剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮按质量比1:2‑4组合；溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺或N‑甲基吡咯烷酮中的一种或几种。本发明的铸膜液加入适当组成的添加剂，并控制聚合物的含量，在制备过程中，严格控制生产工艺的条件和步骤，制备的中空纤维膜还具有较高的传湿效率(50±5％)，而经过保压测试，本发明生产的中空纤维膜通入0.10MPa的气压可坚持24小时以上不漏气，完全满足燃料电池增湿器的使用要求。

技术领域

本发明涉及中空纤维膜的制备方法，具体是涉及一种燃料电池增湿器用中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种可将化学能转化为电能的装置，拥有能量转化效率高，无污染及无噪声等优点。从能源以及生态保护角度来看，燃料电池成为了最具有发展前景的发电技术。随着石油燃料的日益减少，世界已经开始走向后石油经济时代，新能源、可再生能源作为石油的替代产品，正在快速成长和发展。其中，氢能源作为未来具有广阔发展前景的新能源之一，受到越来越多的关注。而作为新能源技术之一的燃料电池，将储存在燃料中的化学能直接转化成电能，由于减少了能量转换的环节，具有远高于内燃机的能量转换效率。尤其，质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种在常温下运行的燃料电池，以氢气这一清洁能源作为阳极燃料，结合了氢能与燃料电池的技术优势，具有低温启动、能量密度高、启动快、性能好、零排放等优势，被公认为电动交通工具、固定发电站等的首选，现如今已经有了大范围应用的趋势。目前，传统汽车企业已经开始采用PEMFC替代燃油发动机，形成无需充电的新能源汽车产品推向了市场。

燃料电池效率受到含水量的影响。理论上讲，质子交换膜只能通过质子，膜材料上有很多磺酸根，只有在湿润的情况下才能有较高的质子传导率。一般情况下阳极氢气和阴极空气都必须增湿，在阴极侧反应生成水，在两侧水浓度梯度差下，水会经过膜迁移到另一侧。但加湿必须控制湿度，燃料电池的内阻会随水分子减少而增加，但同时水分子较多则会发生水淹，两种情况均会降低燃料电池的转化效率。

目前配合燃料电池使用的增湿器为膜增湿器，膜增湿器所采用的膜为中空纤维膜，中空纤维膜纺丝工艺影响了膜丝的结构，所制备的膜丝存在严重的漏气现象或传湿效率低下的问题，不能很好地应用到燃料电池增湿器。若铸膜液配料和生产工艺参数控制不合理，铸膜液在流动时易出现不均匀流动的现象，致使制备的中空纤维膜壁厚不均、出现严重的漏气现象或传湿效率低下的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，可制备得到兼顾不易漏气且传湿效率较高、能满足要求的燃料电池增湿器中空纤维膜，以提高燃料电池效率。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，其包括：

S1、配制铸膜液

所述铸膜液由聚合物、添加剂及溶剂组成，配制过程为：调节反应釜的温度至50-90℃，将30-50％的溶剂倒入反应釜内，开启慢速搅拌，搅拌速度为5-60rpm；然后沿反应釜的侧壁依次加入聚合物和添加剂，加完后，用剩余溶剂清洗反应釜内壁使沾附在反应釜内壁的聚合物和添加剂全部进入溶剂中，密封反应釜，将搅拌速度调整到100-140rpm，连续搅拌反应5-8h至反应釜内固体物料全部溶解；