一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法技术

技术编号:22567286 阅读:109 留言:0更新日期:2019-11-16 13:00
本发明专利技术涉及一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,是通过在PTFE微孔膜基体纤维表面涂覆混合添加剂涂层,以提高其拉伸强度,提高消除氢氧自由基和过氧自由基的能力,从而改善成品增强膜的抗氧化化学稳定性;所述混合添加剂涂层是由如下重量份的各原料制成:质量分数为20‑30%的全氟磺酸树脂分散液1‑20份、SPEEK 0‑10份,乙醇30‑50份、水30‑40份、纳米氧化物材料0‑0.1份、功能石墨烯量子点0.02‑2份、大环分子钴酞菁磺酸钠盐0‑0.1份、锰酞菁磺酸钠盐0‑0.1份。本发明专利技术公开的方法简单易操作,实现成本低廉,效率高,对PTFE微孔膜基体纤维特性的改善效果佳,能达到提高质子交换膜的化学机械稳定性,延长其使用周期的目的。

A method to improve the properties of PTFE microporous membrane matrix fiber

The invention relates to a method for improving the characteristics of the PTFE microporous membrane matrix fiber, which is characterized in that the mixed additive coating is coated on the surface of the PTFE microporous membrane matrix fiber to improve its tensile strength, improve the ability to eliminate the hydrogen oxygen free radical and the peroxy free radical, so as to improve the anti-oxidation chemical stability of the finished product and enhance the membrane; the mixed additive coating is composed of the following weight Parts of the raw materials: 1 \u2011 20 parts of perfluorinated sulfonic acid resin dispersion, 0 \u2011 10 parts of SPEEK, 30 \u2011 50 parts of ethanol, 30 \u2011 40 parts of water, 0 \u2011 0.1 part of nano oxide material, 0.02 \u2011 2 parts of functional graphene quantum dots, 0 \u2011 0.1 part of macrocyclic cobalt phthalocyanine sulfonate, 0 \u2011 0.1 part of Manganese Phthalocyanine sulfonate. The method of the invention is simple and easy to operate, has low cost and high efficiency, has good effect on improving the properties of PTFE microporous membrane matrix fiber, and can improve the chemical mechanical stability of the proton exchange membrane and extend its service life.

【技术实现步骤摘要】
一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法
本专利技术属于燃料电池
,涉及一种燃料电池部件,尤其涉及一种改善燃料电池用PTFE微孔膜基体纤维特性的方法。
技术介绍
随着科学技术的进步及人们对能源和环境问题认识上的深入,清洁新型能源装置成为业内的迫切需求。质子交换膜燃料电池由于其具有高效、洁净,功率密度和能源转换效率高,启动快,无污染,体积轻巧,对压力变化不敏感及电池寿命长等诸多优点,从众多清洁新型能源装置中脱颖而出,成为当前人们首选的洁净、高效的发电装置,它的出现给业内开发者们带来了希望,受到了人们的普遍欢迎。质子交换膜是质子交换膜燃料电池中常见的一种隔膜,其在质子交换膜燃料电池中起到阻隔燃料,传递质子的双重作用,是质子交换膜燃料电池的关键部件,其性能的好坏直接影响质子交换膜燃料电池的电池效率和循环使用寿命。目前,燃料电池用质子交换膜一般采用微孔PTFE基体增强型全氟磺酸膜,这种膜的质子电导率、拉伸强度、结构特性及使用寿命受到PTFE微孔膜的孔隙率,孔结构和拉伸强度的影响,因此,为了进一步提高膜的性能,提高膜的化学机械稳定性,提高膜的寿命,我们有必要对PTFE基体纤维特性进行改善。目前,改善PTFE微孔膜的基体纤维特性方法是掺加交联剂,使得PTFE膜性三维网络结构,进而提高其综合性能,这种方法虽然能起到预期效果,但是其破坏原有分子结构,对微孔膜的孔隙率和孔结构影响较大,且成本较高,工艺复杂,不适合商业化生产需求。可见,如何改善PTFE微孔膜基体纤维特性,以达到提高质子交换膜的化学机械稳定性,延长其使用周期的目的是目前业内研究者们亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法;该方法简单易操作,实现成本低廉,效率高,对PTFE微孔膜基体纤维特性的改善效果佳,能达到提高质子交换膜的化学机械稳定性,延长其使用周期的目的。为达到上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,是通过在PTFE微孔膜基体纤维表面涂覆一层混合添加剂涂层,以提高基体纤维的拉伸强度,从基体层面提高消除氢氧自由基和过氧自由基的能力,从而改善成品增强膜的抗氧化化学稳定性。进一步地,所述的改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,所述混合添加剂涂层是由如下重量份的各原料制成:质量分数为20-30%的全氟磺酸树脂分散液1-20份、SPEEK0-10份,乙醇30-50份、水30-40份、纳米氧化物材料0-0.1份、功能石墨烯量子点0.02-2份、大环分子钴酞菁磺酸钠盐0-0.1份、锰酞菁磺酸钠盐0-0.1份。进一步地,所述纳米氧化物材料为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的至少一种;所述纳米氧化物材料的粒径为2-50nm。进一步地,所述功能石墨烯量子点为磺酸化石墨烯量子点、磷酸化石墨烯量子点,氨基化石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点中的至少一种,所述功能石墨烯量子点材料的粒径为3-20nm,厚度0.34-2nm。进一步地,所述一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,具体包括如下步骤:步骤一、取孔隙率为70-90%,孔径为0.05-1μm,膜厚为5-30μm的PTFE微孔膜基体纤维,可以先用乙醇浸泡洗涤处理1-3小时,后在90-110℃下烘干至恒重,备用;步骤二、将质量分数为20-30%的全氟磺酸树脂分散液,SPEEK,水和乙醇混合,搅拌10-20分钟,后再依次加入纳米氧化物材料、功能石墨烯量子点、大环分子钴酞菁磺酸钠盐和锰酞菁磺酸钠盐,以1500-3000r/min的速度搅拌30-40分钟,得到混合分散液;步骤三、将经过步骤一得到的PTFE微孔膜纤维浸涂步骤二制得的混合分散液,分散液充分浸涂进入PTFE的微孔中,然后在30-60℃下烘干,重复上述浸涂、烘干操作1-5次,最后将膜放在80-160℃环境下进行热处理,使混有有效成分的分散液固化物牢固地覆在基体膜纤维的表面起到增强拉伸强度,改善纤维表面的亲水特性,提高膜的水传输,同时石墨烯量子点具备清除过氧自由基和氢氧自由基的能力;步骤四、将经过步骤三制成的PTFE微孔膜基体纤维增强处理后的微孔膜,进一步浸涂质量百分浓度为2-20wt%的全氟磺酸树脂分散液,进行浸渍填充处理,从而最终得到燃料电池用全氟磺酸复合膜。一种燃料电池用全氟磺酸复合膜,采用所述一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法制成。具体实施方式本专利技术涉及一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,是通过在PTFE微孔膜基体纤维表面涂覆以混合添加剂涂层,以提高膜基体微孔PTFE的拉伸强度,提高基体消除氢氧自由基和过氧自由基的能力,从而改善成品增强膜的抗氧化化学稳定性。进一步地,所述的改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,所述混合添加剂涂层是由如下重量份的各原料制成:质量分数为20-30%的全氟磺酸树脂分散液1-20份、SPEEK0-10份,乙醇30--50份、水30-40份、纳米氧化物材料0-0.1份、功能石墨烯量子点0.02-2份、大环分子钴酞菁磺酸钠盐0-0.1份、锰酞菁磺酸钠盐0-0.1份。进一步地,所述纳米氧化物材料为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的至少一种;所述纳米氧化物材料的粒径为2-50nm。进一步地,所述功能石墨烯量子点为磺酸化石墨烯量子点、磷酸化石墨烯量子点,氨基化石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点中的至少一种,所述功能石墨烯量子点材料的粒径为3-20nm,厚度0.34-2nm。进一步地,所述一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,具体包括如下步骤:步骤一、取孔隙率为70-90%,孔径为0.05-1μm,膜厚为5-30μm的PTFE微孔膜基体纤维,可以先用乙醇浸泡洗涤处理1-3小时,后在90-110℃下烘干至恒重,备用;步骤二、将质量分数为20-30%的全氟磺酸树脂分散液,SPEEK,水和乙醇混合,搅拌10-20分钟,后再依次加入纳米氧化物材料、功能石墨烯量子点、大环分子钴酞菁磺酸钠盐和锰酞菁磺酸钠盐,以1500-3000r/min的速度搅拌30-40分钟,得到混合分散液;步骤三、将经过步骤一得到的PTFE微孔膜纤维浸涂步骤二制得的混合分散液,分散液充分浸涂进入PTFE的微孔中,然后在30-60℃下烘干,重复上述浸涂、烘干操作1-5次,最后将膜放在80-160℃环境下进行热处理,使混有有效成分的分散液固化物牢固地覆在基体膜纤维的表面起到增强拉伸强度,改善纤维表面的亲水特性,提高膜的水传输,同时石墨烯量子点具备清除过氧自由基和氢氧自由基的能力;步骤四、将经过步骤三制成的PTFE微孔膜基体纤维增强处理后的微孔膜,进一步浸涂质量百分浓度为2-20wt%的全氟磺酸树脂分散液,进行浸渍填充处理,从而最终得到燃料电池用全氟磺酸复合膜。一种燃料电池用全氟磺酸复合膜,采用上述一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法制成。下面将结合本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,是通过在PTFE微孔膜基体纤维表面涂覆混合添加剂涂层,以提高其拉伸强度,提高消除氢氧自由基和过氧自由基的能力,从而改善成品增强膜的抗氧化化学稳定性。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,是通过在PTFE微孔膜基体纤维表面涂覆混合添加剂涂层,以提高其拉伸强度,提高消除氢氧自由基和过氧自由基的能力,从而改善成品增强膜的抗氧化化学稳定性。


2.根据权利要求1所述的改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,所述混合添加剂涂层是由如下重量份的各原料制成:质量分数为20-30%的全氟磺酸树脂分散液1-20份、SPEEK0-10份,乙醇30-50份、水30-40份、纳米氧化物材料0-0.1份、功能石墨烯量子点0.02-2份、大环分子钴酞菁磺酸钠盐0-0.1份、锰酞菁磺酸钠盐0-0.1份。


3.根据权利要求2所述的改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,所述纳米氧化物材料为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,所述纳米氧化物材料的粒径为2-50nm。


5.根据权利要求2所述的改善PTFE微孔膜基体纤维特性的方法,其特征在于,所述功能石墨烯量子点为磺酸化石墨烯量子点、磷酸化石墨烯量子点,氨基化石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点中的至少一种,所述功能石墨烯量子点材料的粒径为3-20nm,厚度0.34-2nm。


6.根据权利要求1-5任一项所述的改善PTFE微孔膜基...

【专利技术属性】
技术研发人员:田文迪王永霞田丙伦傅婧乔锦丽
申请(专利权)人:上海博暄能源科技有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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