[发明专利]一种增强型质子交换膜连续制备工艺在审
申请号: | 202111480816.5 | 申请日: | 2021-12-03 |
公开(公告)号: | CN114188555A | 公开(公告)日: | 2022-03-15 |
发明(设计)人: | 郝金凯;张洪杰;邵志刚 | 申请(专利权)人: | 中国科学院大连化学物理研究所 |
主分类号: | H01M4/88 | 分类号: | H01M4/88;H01M8/1004 |
代理公司: | 大连东方专利代理有限责任公司 21212 | 代理人: | 张玉莹;李馨 |
地址: | 116000 辽宁*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 增强 质子 交换 连续 制备 工艺 | ||
本发明公开了一种增强型质子交换膜连续制备工艺,具体步骤为:将水、异丙醇、表面活性剂、聚四氟乙烯乳液和纳米添加物,均匀混合;其次在混合物溶液中加入全氟磺酸树脂液,继续搅拌均匀;最后溶液进行过滤,去除大颗粒固体残余物,通过流延机流延,干燥得到聚四氟乙烯复合膜;最后将所得复合膜进行水洗,去除表面残留无机物,再进一步使用异丙醇清洗,去除表面残留的有机物凸起和毛刺;本发明的制备方法有效解决了聚四氟乙烯化合物和全氟磺酸树脂液由于强疏水性而相容性差导致制备的复合膜全氟磺酸树脂分布不均匀、复合膜的质子导率差的缺陷,制备的复合膜具有机械强度高、均匀性更好以及保水性能优异的优点。
技术领域
本发明涉及一种增强型质子交换膜连续制备工艺,属于新材料和燃料电池领域。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种通过电化学反应将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。PEMFC由于具有功率密度大、能量转换效率高、电池结构紧密、启动速度快、环境污染小,可广泛应用于诸多领域。
目前广泛应用于PEMFC的全氟磺酸质子膜,如美国杜邦公司生产的Nafion系列膜,其热稳定性、质子导电性能、机械性能都很优异,但是其成本高,并且不能再高温(>80℃)条件下运行;其次由于甲醇渗透严重,不适合直接甲醇类燃料电池。因此高性能、低价格的新型质子交换膜的研究受到广泛关注。
为了进一步提高质子交换膜的机械强度和尺寸稳定性,一种方法是对树脂结构进行改性,比较多的做法是在树脂结构中引入可以交联的基团,比如引入双烯类单体,腈基类化合物等,增加膜的机械强度。此外,还有方法是缩短共聚单体磺酰氟的侧基,在增加离子交换容量的同时提升膜材料的机械强度,但是由于端侧基单体在聚合过程中由于条件的变化会产生环化反应,导致了聚合反应的链转移,从而导致分子量下降,材料的力学性能下降。
多孔聚合物膜,如膨胀体聚四氟乙烯微孔膜,具有较高的机械强度和尺寸稳定性,因此,应用膨胀体聚四氟乙烯微孔膜为基底的复合膜代替Nafion膜不仅可以降低成本,而且能大幅提高膜的机械强度,但是聚四氟乙烯材料与Nafion制备的复合膜耐久性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种增强型质子交换膜连续制备工艺,特别是由聚四氟乙烯乳液和全氟磺酸树脂溶液以及表面活性剂和添加物制备而成,有效解决了聚四氟乙烯化合物和全氟磺酸树脂液由于强疏水性而相容性差的缺陷,制备的复合膜具有机械强度高、均匀性更好以及保水性能优异的优点。
本发明制备的复合膜为多种成分复合而成的质子交换膜,聚四氟乙烯和Nafion树脂液混合完全,制备的复合膜均匀性更高,性能更佳。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
(1)配置混合溶液一,所述混合溶液一包括表面活性剂、聚四氟乙烯乳液和纳米添加物;
(2)在步骤(1)所得的混合溶液一中加入全氟磺酸树脂液,继续搅拌均匀,成为可塑且能流动的混合溶液二,将混合溶液二上料一次性流延成模,再进行干燥处理后,得到聚四氟乙烯复合膜;
(3)将步骤(2)所得的聚四氟乙烯复合膜进行水洗,去除表面残留无机物,之后使用醇对聚四氟乙烯复合膜进行清洗,去除表面残留的有机物凸起和毛刺。
本发明进一步设置为:所述混合溶液一的溶剂为水和醇的混合,所述水和醇的体积比为1∶1-2,所述表面活性剂的添加量为聚四氟乙烯乳液质量的5%-10%,所述纳米添加物的添加量为聚四氟乙烯溶液质量的10%-20%,所述全氟磺酸树脂液的浓度为5%-20%,所述全氟磺酸树脂液中固含量和聚四氟乙烯乳液中固含量的添加比例为1-3∶1。步骤(1)和步骤(3)所述的醇各自独立地选择异丙醇、乙醇、正丙醇中的一种。
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