一种燃料电池用复合质子交换膜的成型工艺，包括在膨体聚四氟乙烯微孔基膜上附着全氟磺酸树脂工艺，特征是在膨体聚四氟乙烯微孔基膜上附着全氟磺酸树脂工艺包括将聚四氟乙烯微孔基膜在全氟磺酸稀溶液中浸泡、在基膜的两面喷涂全氟磺酸树脂溶液和将复合膜热定型三部分。本发明专利技术的技术解决了同类型复合膜制备工艺中，聚四氟乙烯薄膜变形难以控制、成膜厚度精度低以及生产效率低下等技术难题，使复合膜在的喷涂过程中不会出现聚四氟乙烯微孔薄膜变形的现象，并具有容易扩大生产、喷涂工艺对设备精度要求低、喷涂成型的复合膜厚度均匀性高等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池用复合质子交换膜的制备方法，尤其涉及喷涂法制备 复合质子交换膜技术。技术背景目前在质子交换膜燃料电池领域应用最广泛的质子交换膜是Dupont公司的 Nafion膜，这种膜可以基本满足燃料电池的功能需要。但是随着燃料电池技术 水平的发展，Nafion膜在汽车的动态工况中存在着尺寸稳定性差、使用寿命低 以及价格昂贵等不足之处,这对燃料电池技术的发展产生了制约作用。目前各国 的燃料电池研究机构都在积极地研发新型的质子交换膜产品以满足燃料电池技 术发展的需求。增强型复合质子交换膜是利用多孔或纤维材料与离子交换树脂结合制成复 合膜，在这里多孔或纤维材料起到增强的作用，离子交换树脂连续相形成质子 传递通道，这样既可以节省材料，降低成本，还可以提高膜的机械强度和尺寸 稳定性，更重要的是由此可以降低膜的厚度，减小电池内阻，提高电池效率。Gore & Associated公司借助其在制备PTFE多孔膜方面的优势，对适用于燃 料电池的Nafion/PTFE复合膜进行了大量的研究开发，其在专利CN 1134288C、 US5，547,551 、 US5,599,614、 US RE37,307和US6，613,203中公开了制备 Nafion/PTFE复合膜的方法采用在5%全氟磺酸树脂溶液中加入一定量的非离 子表面活性剂(TritonX-100)来增强溶液的润湿性以促进全氟磺酸树脂溶液对 PTFE多孔膜的浸入，然后用刷子将混合溶液涂敷到厚度为20~40pm的PTFE多 孔膜(Gore-TexTM)上，于140。C处理后把复合膜浸泡在异丙醇中除去膜内Triton X-IOO，该复合膜是透明的，膜中的Nafion树脂完全把PTFE中的孔堵住，由此 制备的Nafion/PTFE复合质子交换膜(Gore-Select )除了具有优良的化学稳定 性和电化学性能外，还表现出良好的机械性能，但它采用的多次涂刷工艺工序 复杂，操作繁琐，不利于大规模生产。DuPont公司在专利US5,795，668和US6,110，333中公开的Nafion/PTFE复 合膜制备方法是将PTFE多孔膜与Nafior^膜采用真空热压的方法制成多层复 合增强膜，很好地解决了膜的抗撕裂强度低的问题，但此膜的厚度较厚，不利 于提高质子交换膜燃料电池性能。Ballard Power Systems公司在专利US6,689,501 、 US6291091B1和 US5,834,523中公开的Nafion/PTFE和聚a,p,p —三氟苯乙烯磺酸树脂/PE复合膜 制备方法是将铸膜液涂覆在支撑体上形成膜液层，再将多孔膜复合到膜液上， 加热蒸发除去溶剂以形成透明的复合膜，也可以如此进行多次的涂覆一复合工 艺，制备具有非对称多层结构的复合质子交换膜。中国科学院大连化学物理研究所在专利CN1,416,186A中公开的 Nafion/PTFE复合膜制备方法是采用国产的PTFE多孔膜作为增强材料，通过 调节制膜溶液的表面张力，利用一步静置浇铸的工艺制备出具有良好柔韧性和 机械强度的Nafion/PTFE复合膜，但是复合膜的厚度难以控制。武汉理工大学在专利CN1697224中提出了用滚压技术成型复合膜的方法， 采用该方法成型的复合膜很难提高膜厚度控制精度和解决放大生产的难题。专利WO 00/78850A1中介绍了一种新方法在5%的Nafion溶液中加入 500cm2电极中，给电极施加50伏电压，然后让孔径为1.5微米的聚四氟乙烯多 孔通过二个电极之间的电场，溶液中的全氟磺酸树脂就会在电场的作用下运动， 把PTFE的膜孔堵住。虽然该法能够实现PTFE多孔膜的连续化生产，但该法很 难制得致密性好的复合膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用喷涂技术制备复合质子交换膜的方法，克 服现有制备技术中对复合膜均匀性和厚度难以控制、成型工艺难以放大的难题。 为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案一种燃料电池用复合质子交换膜的成型工艺，包括在膨体聚四氟乙烯微孔 基膜上附着全氟磺酸树脂工艺，其特征在于所述的在膨体聚四氟乙烯微孔基膜 上附着全氟磺酸树脂工艺包括将聚四氟乙烯微孔基膜在全氟磺酸稀溶液中浸 润、在基膜的两面喷涂全氟磺酸树脂溶液和将复合膜热定型三部分工艺过程， 所述的将聚四氟乙烯微孔基膜在全氟磺酸稀溶液中浸润的工艺过程如下1) 配制全氟磺酸树脂稀溶液，将全氟磺酸树脂溶解到有机醇溶剂中，制成0. lwt^ 5wt^的稀溶液，并加入高沸点有机溶剂，高沸点有机溶剂与全氟磺 酸树脂的质量比为1:1 8:1;2) 将膨体聚四氟乙烯微孔基膜固定在钢性框上,浸入步骤l配置的溶液中， 浸润10 60分钟后取出；3) 将取出的固定在钢性框上的聚四氟乙烯微孔基膜控干表面的溶液，于 6(TC 130。C下干燥2 60分钟；所述的在基膜的两面喷涂全氟磺酸树脂溶液的工艺过程如下4) 配制全氟磺酸树脂喷涂溶液，将全氟磺酸树脂溶解到有机醇溶剂中，制 成1.0wt^ 10.0wt^的溶液，并加入高沸点有机溶剂，高沸点有机溶剂与全氟 磺酸树脂的质量比为1:1 8:1;5) 将步骤4配置好的溶液置于喷涂设备中，将步骤3制好的基膜置于热台 上，用喷涂设备对基膜的两面进行覆盖喷涂；6) 重复步骤5，至复合质子交换膜的厚度达到预期值； 所述的将复合膜热定型的工艺过程如下-7) 将步骤6制好的复合膜放入烘箱中在120'C 20(TC下干燥定型1 6小时。本专利技术所述的一种燃料电池用复合质子交换膜的成型工艺，其特征在于所 述的配制全氟磺酸树脂溶液的有机醇溶剂是甲醇、乙醇、正丙醇、丁醇中的任 意一种或几种的混合物；全氟磺酸树脂稀溶液中加入的高沸点溶剂是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-吡咯烷酮中的任意一种 或几种的混合物。本专利技术所述的一种燃料电池用复合质子交换膜的成型工艺，其特征在于所 述的放置固定膨体聚四氟乙烯微孔基膜的钢性框的热平台的温度在60°C 13(TC之间。本专利技术所述的一种燃料电池用复合质子交换膜的成型工艺，其特征在于所 述的膨体聚四氟乙烯微孔基膜的孔径为0.05nm 1.0^，孔隙率大于80%,厚度 5 40[am。将聚四氟乙烯微孔基膜在全氟磺酸稀溶液中浸润的工艺过程是使基膜的内部孔隙被完全封闭；在基膜的两面喷涂全氟磺酸树脂溶液的工艺过程是形成厚度均 匀的复合膜。本专利技术具有如下优点(1)工艺路线简单，便于实现大规模化生产。(2 )膨体聚四氟乙烯微孔薄膜在喷涂过程中的形态变化容易控制。(3) 使用喷涂设备成型的复合质子交换膜与其它的成型方法相比，质子交 换膜的厚度差可以实现精确控制，且具有可重复性。(4) 全氟磺酸树脂对聚四氟乙烯微孔薄膜的微孔填充程度更高，有利于提 高质子交换膜的电导率、含水率和机械性能。(5) 质子交换膜通过增强基体与全氟磺酸树脂复合后，明显提高膜强度和 尺寸稳定性，从而提高膜在车用燃料电池条件下的寿命。具体实施方法 实施例1:采用乙醇与水的混合溶剂在高压釜中加热溶解回收的氯碱工业废弃全氟磺酸树脂(EW=1100)，制成5wt。/。的全氟磺酸溶液。将5%的全氟磺酸树脂溶液用 乙醇稀释成lwt^浓度的溶液，按照全氟磺酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池用复合质子交换膜的成型工艺，包括在膨体聚四氟乙烯微孔基膜上附着全氟磺酸树脂工艺，其特征在于所述的在膨体聚四氟乙烯微孔基膜上附着全氟磺酸树脂工艺包括将聚四氟乙烯微孔基膜在全氟磺酸稀溶液中浸润、在基膜的两面喷涂全氟磺酸树脂溶液和将复合膜热定型三部分工艺过程，所述的将聚四氟乙烯微孔基膜在全氟磺酸稀溶液中浸润的工艺过程如下：１）配制全氟磺酸树脂稀溶液，将全氟磺酸树脂溶解到有机醇溶剂中，制成０．１ｗｔ％～５ｗｔ％的稀溶液，并加入高沸点有机溶剂，高沸点有机溶剂与全氟磺 酸树脂的质量比为１∶１～８∶１；２）将膨体聚四氟乙烯微孔基膜固定在钢性框上，浸入步骤１配置的溶液中，浸润１０～６０分钟后取出；３）将取出的固定在钢性框上的聚四氟乙烯微孔基膜控干表面的溶液，于６０℃～１３０℃下干燥２～６０分钟 ；所述的在基膜的两面喷涂全氟磺酸树脂溶液的工艺过程如下：４）配制全氟磺酸树脂喷涂溶液，将全氟磺酸树脂溶解到有机醇溶剂中，制成１．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％的溶液，并加入高沸点有机溶剂，高沸点有机溶剂与全氟磺酸树脂的质量比为１∶ １～８∶１；５）将步骤４配置好的溶液置于喷涂设备中，将步骤３制好的基膜置于热台上，用喷涂设备对基膜的两面进行覆盖喷涂；６）重复步骤５，至复合质子交换膜的厚度达到预期值；所述的将复合膜热定型的工艺过程如下：７） 将步骤６制好的复合膜放入烘箱中在１２０℃～２００℃下干燥定型１～６小时。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：侯中军，邢丹敏，宋书范，张玉海，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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