新型燃料电池用质子交换膜制造技术

技术编号:20979341 阅读:31 留言:0更新日期:2019-04-29 18:48
本实用新型专利技术属于燃料电池领域,具体涉及一种新型燃料电池用质子交换膜,包括离型膜基材,所述的离型膜基材表面设置有聚合物树脂层,聚合物树脂层涂布在增强材料的上下表面,离型膜表面经磨砂处理,聚合物树脂层为小分子溶剂改性的磺化高分子聚合物,本实用新型专利技术结构致密,具有较高的机械强度、质子传导性能和附着力,可实现在提高电池使用寿命、性能的同时降低膜电极加工难度,而且该质子交换膜结构简单,生产成本低。

New proton exchange membranes for fuel cells

The utility model belongs to the field of fuel cells, and specifically relates to a new proton exchange membrane for fuel cells, including an off-type membrane base material. The surface of the off-type membrane base material is provided with a polymer resin layer. The polymer resin layer is coated on the upper and lower surfaces of the reinforcing material. The off-type membrane surface is sanded and the polymer resin layer is a sulfonated polymer modified by a small molecular solvent. The utility model has compact structure, high mechanical strength, proton conductivity and adhesion. It can improve the service life and performance of batteries and reduce the processing difficulty of membrane electrodes. Moreover, the proton exchange membrane has simple structure and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
新型燃料电池用质子交换膜
本技术属于燃料电池领域,具体涉及一种新型燃料电池用质子交换膜。
技术介绍
氢能和燃料电池技术是世界能源转型和动力转型的重大战略方向。燃料电池是一种电化学发电装置,其工作原理是等温地将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转换为电能,具有高能量密度、高能量转换率、环保友好、安全性能高和无噪音等优势,是首选的洁净、高效发电技术,是应对全球能源短缺和环境污染的重要战略举措。质子交换膜燃料电池技术倚重于质子交换膜和电催化剂两种关键材料的发展。其中质子交换膜主要起到阳极和阴极的电子隔离和反应气的隔离作用,同时提供电解质的质子导电功能。现在广泛研究和应用的是磺化高分子聚合物质子交换膜,如全氟质子交换膜、非氟质子交换膜和非全氟质子交换膜,目前使用最多的是已经商品化的Nafion膜,但Nafion膜仍然面临着技术上的挑战:机械强度和高温低湿下电化学性能,且随着膜电极生产自动化水平的提升,对质子交换膜与离型膜基材之间的附着力要求提高,既降低膜电极制备难度和成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本技术的目的是提供一种新型燃料电池用质子交换膜,其结构致密,具有较高的机械强度、质子传导性能和附着力,可实现在提高电池使用寿命的同时降低膜电极加工难度,而且该质子交换膜结构简单,生产成本低。本技术通过以下技术方案实现该目的:一种新型燃料电池用质子交换膜,包括离型膜基材,所述的离型膜基材表面设置有聚合物树脂层,聚合物树脂层涂布在增强材料的上下表面。所述的离型膜基材表面经磨砂处理,增强附着力。作为优选的,所述的离型膜基材表面粗糙度为Ra0.2~Ra25,厚度为20~200μm。所述的聚合物树脂层为小分子溶剂改性的磺化高分子聚合物。进一步的,所述的小分子溶剂为芳香醛、氯代烷烃或烯烃类溶剂,改性后的磺化高分子聚合物,可改善聚合物树脂层的结构致密程度。所述的聚合物树脂层均匀的涂布在增强材料的上下表面,上下两层厚度相同,两层聚合物树脂层与增强材料的厚度和为5~150μm。所述的增强材料为e-PTFE(膨体聚四氟乙烯)多孔膜,厚度为5~20μm,孔径为0.2~0.8μm。与现有技术相比,本技术的有益效果如下:(1)本技术通过对离型膜基材表面进行磨砂处理,提高其表面粗糙度,增强了离型膜基材和聚合物树脂层质子交换膜的附着力;(2)本技术通过对聚合物树脂进行小分子溶剂改性处理,改善质子交换膜树脂层的结构致密程度,提高了质子交换膜的机械强度和质子传导性能;(3)本技术通过聚合树脂层与e-PTFE多孔膜复合作为质子交换膜,e-PTFE多孔膜具有高均一性、高强度、低收缩的性能,与聚合树脂层结合,提高了质子交换膜的机械强度,同时提高了电池的使用寿命;(4)本技术降低了膜电极加工难度,生产成本低,增加了生产效率,提高了企业效益。附图说明图1为本技术新型燃料电池用质子交换膜的结构示意图;图中:1、离型膜基材;2、聚合物树脂层;3、增强材料。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步说明,但本技术并不局限于以下实施例。如图1所示,本实施例所述的新型燃料电池用质子交换膜,包括离型膜基材1,所述的离型膜基材1表面设置有聚合物树脂层2,聚合物树脂层2涂布在增强材料3e-PTFE多孔膜的上下表面。制备时,首先选用乙醇、水和3,4-二甲基苯甲醛质量比为4:4:1的混合体系,配制固含量为10wt%的全氟磺酸树脂(山东东岳未来氢能材料有限公司生产)溶液备用;然后取厚度为15μm,孔径为0.3μm的e-PTFE多孔膜固定于事先准备好的简易边框上,通过喷涂对薄膜的两面均匀上料,之后将湿膜覆于厚度为120μm、表面粗糙度为Ra12.5的离型膜基材1上,湿膜放入烘箱干燥,在50℃下干燥1小时,80℃下干燥1小时,150℃下干燥1小时,制作成新型燃料电池用质子交换膜。制成的新型燃料电池用质子交换膜两层聚合物树脂层2和e-PTFE多孔膜的厚度和为20μm,经检测,在85℃、30RH%下电导率为77mS/cm,拉伸强度为51MPa,与离型膜基材1间的剥离强度为50mN/cm。以上所述仅为本技术之较佳实施例,并非用以限定本技术的权利要求;同时以上描述,对于
的专门人士应可明了及实施,因此其他未脱离本技术所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰,均应包括在权利要求范围内。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种新型燃料电池用质子交换膜,其特征在于:包括离型膜基材(1),所述的离型膜基材(1)表面设置有聚合物树脂层(2),聚合物树脂层(2)涂布在增强材料(3)的上下表面。

【技术特征摘要】
1.一种新型燃料电池用质子交换膜,其特征在于:包括离型膜基材(1),所述的离型膜基材(1)表面设置有聚合物树脂层(2),聚合物树脂层(2)涂布在增强材料(3)的上下表面。2.根据权利要求1所述的新型燃料电池用质子交换膜,其特征在于:所述的离型膜基材(1)表面粗糙度为Ra0.2~Ra25,厚度为20~200μm。3.根据权利要求1所述的新型燃料电池用质子交...

【专利技术属性】
技术研发人员:杜娟朱京伟孔亮苏璇于洋洋曹原张永明
申请(专利权)人:山东东岳未来氢能材料有限公司
类型:新型
国别省市:山东,37

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