[发明专利]一种燃料电池用保水型质子交换膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种一种燃料电池用保水型质子交换膜的制备方法，包括在膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面涂敷全氟磺酸树脂溶液，其制备方法包括：通过浸渍的方式，使全氟磺酸树脂成份和二氧化硅成份，填充到膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的微孔中，通过喷涂全氟磺酸树脂成份和二氧化硅成份的方式，控制复合质子交换的厚度。本发明的方法制备出来的复合质子交换膜具有：二氧化硅保水成份按照梯度方式分布，既保证了水分的吸收能力，又降低了复合质子交换膜的总体电阻；具有保水的功能，降低了质子交换膜燃料电池对增湿系统的依赖性，能够保证复合质子交换膜在低增湿环境下正常操作，易于实现大规模化生产；具有厚度均匀、湿态强度高、尺寸稳定性好的特点。

主权项

1、一种燃料电池用保水型质子交换膜的制备方法，包括在膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面涂敷全氟磺酸树脂溶液，其特征在于所述保水型质子交换膜制备方法包括以下制备步骤：a)溶液I的配制：向质量浓度为0.1％～4.5％的全氟磺酸树脂溶液中加入一定量的高沸点溶剂和二氧化硅，超声波震荡后待用；所述高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的质量比为1∶1～8∶1，二氧化硅以硅溶胶或者粉末的形式加入，二氧化硅与全氟磺酸树脂的质量比为0∶1～0.15∶1；全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系由醇和水构成，所述全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系中的醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇；所述高沸点溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的任一种；b)溶液II的配制：向质量浓度为5％～20％的全氟磺酸树脂溶液中，加入一定量的高沸点溶剂和二氧化硅，超声波震荡后待用；高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的质量比为1∶1～8∶1，二氧化硅与全氟磺酸树脂的质量比为0∶1～0.15∶1，二氧化硅以硅溶胶或者粉末的形式加入；全氟磺酸树脂的溶液溶剂体系，由醇和水构成，所述全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系中的醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇；所述高沸点溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的任一种；c)溶液III的配制：向质量浓度为5％～20％的全氟磺酸树脂溶液中加入一定量的高沸点溶剂和二氧化硅，超声波震荡后待用；高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的质量比为0.5∶1～10∶1，具体配制时二者的质量比，即高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的质量比要比具体配制的溶液II中的高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的质量比高出0.5-2，二氧化硅与全氟磺酸树脂的质量比为0.01∶1～0.10∶1，二氧化硅以硅溶胶或者粉末的形式加入；全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系，由醇和水构成，所述全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系中的醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇；采用的高沸点溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的任一种；d)溶液IV的配制：向质量浓度为5％～20％的全氟磺酸树脂溶液中加入一定量的高沸点溶剂和二氧化硅，超声波震荡后待用；高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的质量比为0.5∶1～10∶1，二氧化硅与全氟磺酸树脂的质量比为0.03∶1～0.2∶1，具体配制时二者的质量比，即二氧化硅与全氟磺酸树脂的质量比要比具体配制的溶液III中的二氧化硅与全氟磺酸树脂的质量比高出0.02-0.1，二氧化硅以硅溶胶或者粉末的形式加入；全氟磺酸树脂溶液溶剂体系由醇和水构成，所述全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系中的醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇；所述高沸点溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的任一种；e)将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜固定在相应规格的支撑框上，固定有膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的支撑框称为膜框；然后将膜框置于步骤(a)配制好的溶液I中，浸润10～60分钟；f)取出浸润在步骤(a)配制好的溶液I中的膜框，除去膜框表面的溶液，再将膜框置于步骤(b)配制好的溶液II中，浸润10～60分钟；g)取出浸润在步骤(b)配制好的溶液II中的膜框，除去膜框表面的溶液，将膜框置于60℃～150℃的热台上干燥；h)用步骤(c)配置好的溶液III，对经过步骤a)和步骤b)浸润的膜框的两侧表面进行覆盖喷涂上料，并反复喷涂上料，直至厚度达到预定要求；i)将经过步骤h)喷涂完成的膜框，置于60℃～150℃的热台上干燥；j)用步骤(d)配置好的溶液IV，对经过步骤i)干燥的膜框两侧表面进行覆盖喷涂上料，并反复的喷涂上料，直至厚度达到预定要求；k)将经过步骤j)喷涂上料的膜框放入烘箱中，在120℃～220℃下干燥，干燥时间0.5～8小时，得到完整的保水型质子交换膜。