一种燃料电池增湿器用中空纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，包括铸膜液的制备，铸膜液由质量百分数15

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池增湿器用中空纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及中空纤维膜的制备方法，具体是涉及一种燃料电池增湿器用中空纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种可将化学能转化为电能的装置，拥有能量转化效率高，无污染及无噪声等优点。从能源以及生态保护角度来看，燃料电池成为了最具有发展前景的发电技术。随着石油燃料的日益减少，世界已经开始走向后石油经济时代，新能源、可再生能源作为石油的替代产品，正在快速成长和发展。其中，氢能源作为未来具有广阔发展前景的新能源之一，受到越来越多的关注。而作为新能源技术之一的燃料电池，将储存在燃料中的化学能直接转化成电能，由于减少了能量转换的环节，具有远高于内燃机的能量转换效率。尤其，质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种在常温下运行的燃料电池，以氢气这一清洁能源作为阳极燃料，结合了氢能与燃料电池的技术优势，具有低温启动、能量密度高、启动快、性能好、零排放等优势，被公认为电动交通工具、固定发电站等的首选，现如今已经有了大范围应用的趋势。目前，传统汽车企业已经开始采用PEMFC替代燃油发动机，形成无需充电的新能源汽车产品推向了市场。
[0003]燃料电池效率受到含水量的影响。理论上讲，质子交换膜只能通过质子，膜材料上有很多磺酸根，只有在湿润的情况下才能有较高的质子传导率。一般情况下阳极氢气和阴极空气都必须增湿，在阴极侧反应生成水，在两侧水浓度梯度差下，水会经过膜迁移到另一侧。但加湿必须控制湿度，燃料电池的内阻会随水分子减少而增加，但同时水分子较多则会发生水淹，两种情况均会降低燃料电池的转化效率。
[0004]目前配合燃料电池使用的增湿器为膜增湿器，膜增湿器所采用的膜为中空纤维膜，中空纤维膜纺丝工艺影响了膜丝的结构，所制备的膜丝存在严重的漏气现象或传湿效率低下的问题，不能很好地应用到燃料电池增湿器。若铸膜液配料和生产工艺参数控制不合理，铸膜液在流动时易出现不均匀流动的现象，致使制备的中空纤维膜壁厚不均、出现严重的漏气现象或传湿效率低下的问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，可制备得到兼顾不易漏气且传湿效率较高、能满足要求的燃料电池增湿器中空纤维膜，以提高燃料电池效率。
[0007](二)技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，其包括：
[0010]S1、配制铸膜液
[0011]所述铸膜液由聚合物、添加剂及溶剂组成，配制过程为：调节反应釜的温度至50
‑
90℃，将30
‑
50％的溶剂倒入反应釜内，开启慢速搅拌，搅拌速度为5
‑
60rpm；然后沿反应釜的侧壁依次加入聚合物和添加剂，加完后，用剩余溶剂清洗反应釜内壁使沾附在反应釜内壁的聚合物和添加剂全部进入溶剂中，密封反应釜，将搅拌速度调整到100
‑
140rpm，连续搅拌反应5
‑
8h至反应釜内固体物料全部溶解；
[0012]其中，所述铸膜液由质量百分数15
‑
35％的聚合物、1
‑
20％的添加剂、50
‑
80％的溶剂所组成；所述聚合物为聚砜，聚醚砜，磺化聚砜，磺化聚醚砜，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺及全氟磺酸中的一种或几种；所述添加剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮按质量比1:2
‑
4组合；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的组合；
[0013]S2、铸膜液脱泡
[0014]观察反应釜内固体物料全部溶解时，将搅拌速度调整至5
‑
20rpm，用真空泵将反应釜抽为真空状态，真空状态下继续搅拌7
‑
8小时；
[0015]S3、配制芯液
[0016]所述芯液由体积比20
‑
30：80
‑
70的溶剂与水混合得到；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的组合；
[0017]S4、纺丝
[0018]将S2中得到的铸膜液降温至30
‑
60℃，同时将过滤网、计量泵及喷丝板均升温到30
‑
60℃，调节凝固浴的温度为20
‑
70℃，同时将绕丝轮进行水浴加热，温度为30
‑
80℃；打开铸膜液计量泵和芯液计量泵进行排气，铸膜液与喷丝板连接管路通过喷丝板上的喷丝头排除气泡，芯液通过其输出管排除气泡，待排出到铸膜液和芯液无气泡后，将芯液的输出管插入喷丝头上的芯液通道；
[0019]分别将铸膜液计量泵和芯液计量泵转速调至8
‑
15rpm和35
‑
50rpm，通过改变计量泵的转速可进行膜厚的调节，绕丝轮速度调至10
‑
30m/min开始纺丝；
[0020]S5、浸泡和晾干
[0021]中空纤维膜卷收在绕丝轮上，待纺丝完成后，将中空纤维膜从绕丝轮上裁下，将两端捆绑成束后放入第一浸泡水槽，在温度10
‑
30℃下浸泡10
‑
12h，然后取出，转移到另一干净的浸泡水槽中，在温度10
‑
30℃下浸泡10
‑
12h，取出后，室温通风环境下晾干；
[0022]S6、清洗设备
[0023]拆下喷丝头，用溶剂煮喷丝头，同时用溶剂清洗反应釜和管路。
[0024]根据本专利技术较佳实施例，S1中，所述铸膜液由质量百分数25
‑
30％的聚合物、5
‑
10％的添加剂和60
‑
70％的溶剂所组成。
[0025]根据本专利技术较佳实施例，S1中，所述添加剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮按质量比1:4组合。
[0026]根据本专利技术较佳实施例，S1中，铸膜液的配制过程为：调节反应釜的温度至70℃，将50％的溶剂倒入反应釜内，开启慢速搅拌，搅拌速度为30
‑
60rpm。
[0027]根据本专利技术较佳实施例，S2中，还包括对反应釜内的铸膜液加载超声波，以加速固体物料的溶解、促进铸膜液的均匀化、以及加速脱泡。
[0028]根据本专利技术较佳实施例，S3中，芯液手动搅拌均匀后，倒入40
‑
60℃的芯液釜真空
脱泡0.5
‑
1h。
[0029]根据本专利技术较佳实施例，S4中，所述凝固浴为水，或水与N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、磷酸三乙酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中任意一种组成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池增湿器用中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：S1、配制铸膜液所述铸膜液由聚合物、添加剂及溶剂组成，配制过程为：调节反应釜的温度至50
‑
90℃，将30
‑
50％的所需溶剂倒入反应釜内，开启慢速搅拌，搅拌速度为5
‑
60rpm；然后沿反应釜的侧壁依次加入聚合物和添加剂，加完后，用所需剩余溶剂清洗反应釜内壁使沾附在反应釜内壁的聚合物和添加剂全部进入溶剂中，密封反应釜，将搅拌速度调整到100
‑
140rpm，连续搅拌反应5
‑
8h至反应釜内固体物料全部溶解；其中，所述铸膜液由质量百分数15
‑
35％的聚合物、1
‑
20％的添加剂、50
‑
80％的溶剂所组成；所述聚合物为聚砜，聚醚砜，磺化聚砜，磺化聚醚砜，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺及全氟磺酸中的一种或几种；所述添加剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮按质量比1:2
‑
4组合；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的组合；S2、铸膜液脱泡观察反应釜内固体物料全部溶解时，将搅拌速度调整至5
‑
20rpm，用真空泵将反应釜抽为真空状态，真空状态下继续搅拌7
‑
8小时；S3、配制芯液所述芯液由体积比20
‑
30：80
‑
70的溶剂与水混合得到；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺或N
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甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的组合；S4、纺丝将S2中得到的铸膜液降温至30
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60℃，同时将过滤网、计量泵及喷丝板均升温到30
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60℃，调节凝固浴的温度为20
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70℃，同时将绕丝轮进行水浴加热，温度为30
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80℃；打开铸膜液计量泵和芯液计量泵进行排气，铸膜液与喷丝板连接管路通过喷丝板上的喷丝头排除气泡，芯液通过其输出管排除气泡，待排出到铸膜液和芯液无气泡后，将芯液的输出管插入喷丝头上的芯液通道；分别将铸膜液计量泵和芯液计量泵转速调至8
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15rpm和35
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【专利技术属性】
技术研发人员：王红，甄伟民，沈聪，澹台建礼，甄梦，郭威烔，
申请(专利权)人：河北金士顿科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：