制备用于燃料电池的具有高耐久性的电解质膜的方法技术

本公开涉及制备用于燃料电池的具有高耐久性的电解质膜的方法，其包括：制备基材；将第一离聚物溶液施用到基材上；将多孔载体插入第一离聚物溶液中，从而使第一离聚物溶液浸入多孔载体中；使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置；将第二离聚物溶液施用至经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体；以及干燥多孔载体。

【技术实现步骤摘要】
制备用于燃料电池的具有高耐久性的电解质膜的方法
本专利技术涉及一种制备用于燃料电池的具有高耐久性的电解质膜的方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的电解质膜用于传导质子。为了传导质子，使用离聚物制造电解质膜。离聚物浸有水以选择性地将在阳极产生的质子传递至阴极。因为电解质膜由离聚物制成，所以它们基于水的浸渍而经受大的收缩和膨胀。为了抵消这种现象，通过使用多孔聚四氟乙烯(PTFE)作为载体浸渍离聚物来制造电解质膜。通常使用的多孔PTFE为通过使PTFE膨胀而产生的膨胀PTFE，其简称为“e-PTFE”。e-PTFE的所有孔都应该浸有离聚物，以形成传递质子的通道。然而，由于相当高的内压，e-PTFE的小孔不易被填充。未填充的孔不能形成通道，因此对燃料电池的性能和耐久性产生不利影响。基于该原因，越来越需要制造能够防止发泡从而提供优良耐久性并保持优越性能的电解质膜的方法。公开于本背景部分的上述信息仅提供为用于增加对本专利技术的背景的理解，因此其可以包含不构成已为该国家中的本领域一般技术人员所公知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开致力于解决与现有技术相关的上述问题。在制备电解质膜的常规方法中，当浸有离聚物溶液的e-PTFE多孔载体在室温或更高的温度下干燥时，表面张力下降，毛细管高度降低，并且离聚物在这些条件下硬化。在存在完全未有溶液填充的孔时完成初始干燥，然后进行二次离聚物施用。结果，细小的未填充的e-PTFE孔产生泡沫。因此，本公开的一个目的是提供一种制备用于燃料电池的电解质膜的方法，该方法基于干燥温度与毛细管作用之间的关系而能够抑制由细小的e-PTFE孔产生泡沫，这是传统专利技术所不能提供的。本公开的目的不限于上述那些。从以下描述中将清楚地理解本公开的目的，并且可以通过权利要求中限定的方式及其组合来实现本公开的目的。根据本公开的示例性实施方案，制备用于燃料电池的具有改进的耐久性的电解质膜的方法包括：制备基材；将第一离聚物溶液施用到基材上；将多孔载体插入第一离聚物溶液中以使第一离聚物溶液浸入多孔载体中；使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置，将第二离聚物溶液施用至经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体；以及干燥所得的多孔载体。基材可以为选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)和聚丙烯(PP)的离型纸。第一离聚物溶液可以包含选自以下物质的离聚物：磺化聚酰亚胺(S-PI)、磺化聚芳基醚砜(S-PAES)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、全氟磺酸(PFSA)、磺化聚苯并咪唑(S-PBI)、磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚苯乙烯(S-PS)、磺化聚磷腈以及它们的混合物。第二离聚物溶液可以包含选自以下物质的离聚物：磺化聚酰亚胺(S-PI)、磺化聚芳基醚砜(S-PAES)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、全氟磺酸(PFSA)、磺化聚苯并咪唑(S-PBI)、磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚苯乙烯(S-PS)、磺化聚磷腈以及它们的混合物。多孔载体可以包括膨胀聚四氟乙烯(e-PTFE)载体。可以通过刮棒涂布、凹版涂布(gravurecoating)或缝模涂布(slot-diecoating)方法进行第一离聚物溶液的施用。可以通过刮棒涂布、凹版涂布或缝模涂布方法进行第二离聚物溶液的施用。可以使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体在18℃至30℃下静置。可以使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体在0.1至1atm的压力下静置。可以使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置5至10分钟。在使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置后，可以将第二离聚物溶液施用到多孔载体上，而无需额外的干燥过程。在使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置之后且在完全干燥第一离聚物溶液的溶剂之前，可以将第二离聚物溶液施用到多孔载体上。干燥可以在60℃至80℃下进行5至30分钟。所述方法可以进一步包括在施用第二离聚物溶液之后在140℃至160℃下热处理5至30分钟。以下讨论本专利技术的其它方面和示例性实施方案。附图说明现在将参考在附图中示出的本公开某些示例性实施方案来详细描述本公开的上述和其它特征，附图在下文中仅以说明的方式给出，因此并不限制本公开，在附图中：图1示出根据本公开的制备电解质膜的过程；图2示出根据本公开的基于卷对卷方法(roll-to-rollmethod)连续制备电解质膜的过程；图3示出通过制备电解质膜的常规方法在比较例中制得的电解质膜的表面的形态；图4示出通过常规方法在比较例中制得的电解质膜的横截面的SEM图像；图5示出根据本公开的制备电解质膜的方法在实施例中制得的电解质膜的表面的形态；以及图6示出根据本公开的方法在实施例中制得的电解质膜的横截面的SEM图像。具体实施方式参考附图，从以下示例性实施方案将清楚地理解上述目的以及其它的目的、特征和优点。然而，本公开不限于这些实施方案，并且将以不同的形式体现。提出的实施方案仅提供对所公开内容的全面且完整的理解，并且充分地向本领域技术人员告知本公开的技术构思。将进一步理解，在本说明书中使用术语“包含/包括”、“具有”等时，指明存在所述的特征、数值、步骤、操作、元件、组分或其组合，但是不排除存在或加入一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组分或其组合。此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为是在另一元件“上面”时，其能够直接在另一元件上，或者还可以存在介入中间的元件。还将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为是在另一元件“下面”时，其能够直接在另一元件下，或者还可以存在介入中间的元件。本公开涉及一种制备用于燃料电池的电解质膜的方法，其包括：制备基材；将第一离聚物溶液施用至基材；将多孔载体插入第一离聚物溶液中以使第一离聚物溶液浸入多孔载体中；使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置；将第二离聚物溶液施用至经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体；以及干燥所得的多孔载体。在下文中，将参考图1详细描述如上所述的根据本公开用于燃料电池的电解质膜的各个步骤的过程。1)准备基材(S1)：可以使用任何基材而没有特别限制，只要其可以用作施用有离聚物溶液的基底即可。在本公开的一个实施方案中，基材可以为离型纸。离型纸可以为选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)和聚丙烯(PP)中的任何一种。2)施用第一离聚物溶液(S2)：其为将离聚物溶液施用至所供应的基材的步骤，并且第一离聚物溶液可以为磺化聚酰亚胺(S-PI)、磺化聚芳基醚砜(S-PAES)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、全氟磺酸(PFSA)、磺化聚苯并咪唑(S-PBI)、磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚苯乙烯(S-PS)、磺化聚磷腈或它们的混合物。根据本公开的离聚物可以基于交联键而形成导电膜。3)将多孔载体插入第一离聚物中(S3)其为将多孔载体插入施用有离聚物溶液的基材中的步骤。在该步骤中，第一离聚物溶液基于毛细管作用而浸入多孔载体的浸渍通道(孔)中。在此，多孔载体可以为膨胀聚四氟乙烯，并且可以使用任意的多孔载体而没有限制，只要其可以通过孔引起毛细管作用。根据本公开的多孔载体可以具有50至90％或更特别地70至90％的孔隙率，以及10μm或更小的内孔径。当孔隙率小于50％时，难以进行溶液的浸渍，溶液的绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备用于燃料电池的具有改进的耐久性的电解质膜的方法，所述方法包括以下步骤：制备基材；将第一离聚物溶液施用到基材上；将多孔载体插入第一离聚物溶液中，从而使第一离聚物溶液浸入多孔载体中；使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置；将第二离聚物溶液施用至经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体；以及干燥多孔载体。

【技术特征摘要】
2018.04.04 KR 10-2018-00392781.一种制备用于燃料电池的具有改进的耐久性的电解质膜的方法，所述方法包括以下步骤：制备基材；将第一离聚物溶液施用到基材上；将多孔载体插入第一离聚物溶液中，从而使第一离聚物溶液浸入多孔载体中；使经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体静置；将第二离聚物溶液施用至经第一离聚物溶液浸渍的多孔载体；以及干燥多孔载体。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材为选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和聚丙烯的离型纸。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一离聚物溶液包含选自磺化聚酰亚胺、磺化聚芳基醚砜、磺化聚醚醚酮、全氟磺酸、磺化聚苯并咪唑、磺化聚砜、磺化聚苯乙烯、磺化聚磷腈以及它们的混合物的离聚物。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二离聚物溶液包含选自磺化聚酰亚胺、磺化聚芳基醚砜、磺化聚醚醚酮、全氟磺酸、磺化聚苯并咪唑、磺化聚砜、磺化聚苯乙烯、磺化聚磷腈以及它们的混合物的离聚物。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔载体包括膨胀聚四氟乙烯载体。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在将第一离聚物溶液施用到基材上的步骤中，刮棒涂布、凹版涂布或缝模涂布所述第一离聚物溶液。7.根据权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金容民，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR