【技术实现步骤摘要】
本技术属于膜材料，具体涉及一种嵌入式流体传输膜。
技术介绍
1、质子交换膜电解池(pemwe)主要由质子交换膜、催化剂和气体扩散层组成的膜电极、双极板和密封圈、防护片、端板等组成。pem电解池在工作时需要外接直流电源，阳极代表电解池正极，发生氧化反应(析氧)，阴极代表电解池负极，发生还原反应(析氢)。在质子交换膜电解水的电解槽中，气体扩散层(即多孔传输膜，流体传输膜)通常采用薄片多孔钛材实现导电的同时，保证水和气体传输。多孔钛传输膜目前使用钛纤维随机铺成毡，然后烧结制得，将钛毡一侧表面与催化剂贴合接触。金属毡例如钛毡的孔隙率和透气性出色，但表面相对粗糙，从而降低了流体传输膜与催化剂的有效接触面积。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的全部或部分不足，本技术的目的在于：提供一种嵌入式流体传输膜，在保证透气性的同时，可以降低表面粗糙度，从而提高流体传输膜与催化剂的有效接触面积，最终提高电解效率、降低昂贵催化剂的用量。
2、为实现上述技术目的，本技术提供以下技术方案：
3、本技术提供了一种嵌入式流体传输膜的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤一、将金属浆料从金属烧结毡表面渗入，渗入深度小于所述金属烧结毡的厚度；
5、步骤二、渗入结束，将残留在所述金属烧结毡表面的金属浆料除去，得到坯膜；
6、步骤三、对所述坯膜进行干燥、脱脂和烧结，得到嵌入式流体传输膜。
7、本技术通过在金属烧结毡一侧的孔隙内填充金属浆料，干燥除去溶
8、相比于采用一层金属烧结毡或复合多层不同孔隙率/不同孔径/不同纤维直径的金属烧结毡作为流体传输膜，本技术通过增加与催化剂的有效接触面积，可以提高催化效率；相比于采用一层金属粉末烧结层或复合多层不同孔隙率的金属粉末烧结层作为流体传输膜，本技术通过在金属烧结毡一侧表面嵌入金属粉末，增大了与催化剂接触的有效表面，在保证有效接触面积的同时保留了良好的透气性，还可以利用金属烧结毡对水和气体导流。且复合多层不同孔隙率的金属烧结毡/金属粉末烧结层，其制备方法较复杂；为维持流体传输膜的较小厚度，多层较薄的金属烧结毡/金属粉末烧结层复合，其结构稳定性受影响。
9、相比于采用金属烧结毡上叠加金属粉末烧结层作为复合层，一方面，若叠加的金属粉末烧结层较厚，则会增大流体传输膜的总厚度，影响透气性，且结构强度受到影响。另一方面若为了维持流体传输膜的较小厚度，叠加的金属粉末烧结层较薄，金属粉末烧结层在烧结的过程中会有部分落入金属烧结毡的孔隙中，导致与催化剂的接触面出现很多坑坑洼洼的孔或洞，有效接触面积大大降低。若金属浆料的渗入深度过深甚至到达金属烧结毡的另一侧表面即整个金属烧结毡中均填充金属粉末，透气性会受到影响，且因没有烧结毡网状结构而不利于其对水的导流作用。若仅对金属浆料进行固化而不进行脱脂和烧结，其透气性无法达到要求。
10、步骤三中，在空气或保护气氛下进行干燥，所述干燥温度为室温至140度，干燥时间为2-12h；在惰性气体或氢气作为保护气氛、压强为0.5-10mbar下进行脱脂，所述脱脂温度为300-700度，脱脂时间为2-24h；在真空度为0.001pa-1000pa下，所述烧结温度为900-1200度，烧结时间为2-12h。脱脂温度根据粘结剂即胶的材料选择，但通常来说，脱脂温度不宜过高，以避免金属氧化。通过烧结温度和烧结时间的设置，可以将孔隙率确定在合适范围。
11、进一步的，步骤三中，所述干燥条件为室温空气干燥8-12小时；所述脱脂条件中，所述惰性气体为氦气、氩气或氮气，压强为1-5mbar；所述烧结温度为980-1120度。
12、步骤三中，所述坯膜在完成所述烧结后，进行碾压。所述碾压后的毡体厚度为0.2-0.6mm。碾压可以减少嵌入式流体传输膜的厚度偏差。
13、步骤一中，所述金属烧结毡的制备：将金属纤维铺制成毡，进行第一烧结和第一碾压；在真空度为0.001pa-1000pa下，所述第一烧结温度为900-1200度，第一烧结时间为2-12h；所述第一碾压后的毡体厚度为小于或等于0.8mm。第一碾压可以减小金属烧结毡的厚度偏差，减小其表面粗糙度以及缩小孔径尺寸，可以防止后续金属浆料渗入过快而导致金属粉末分布不均匀。
14、所述金属纤维包括以下金属的纤维：钛、镍、铁、钛合金、镍合金或铁合金等金属，所述铁合金包括不锈钢；所述金属纤维的直径小于或等于30μm；所述金属烧结毡的厚度小于或等于0.6mm，孔隙率大于或等于60％。金属烧结毡的孔隙率过小会影响金属浆料的渗入。纤维直径影响孔隙大小和粗糙度，在单位面积纤维的重量已经确定并且均匀分布的前提下，面积重量决定投入材料成本，厚度决定孔隙率。所述金属纤维的长度优选为5-30mm。
15、步骤一中，所述金属浆料的制备：将100重量份溶剂和10-30重量份粘结剂混合，(在较优的实施方案中还可加入1-10重量份防沉降剂)，加入金属粉末，搅拌均匀得到浆料；所述金属粉末与所述浆料的体积比为5％-35％。若金属粉末在浆料中体积比过大，即金属颗粒浓度过大，会导致金属浆料难以渗入金属烧结毡，且不能将表面金属浆料刮平除去；若金属颗粒浓度过低，渗入效率过低，且无法保证渗入均匀度。所述溶剂、粘结剂和防沉降剂的重量比为100：(10-30)：(1-10)，进一步优选为100：20：5。
16、所述金属粉末包括以下金属的粉末：钛、镍、铁、钛合金、镍合金或铁合金等金属，所述铁合金包括不锈钢；所述金属粉末的粒径小于或等于55μm。所述溶剂为醇类、丙酮或水，其中醇类优选为乙醇、乙二醇等。所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇或醋酸乙烯。所述防沉降剂为例如deurheo、阿科玛防沉降剂产品系列。金属粉末粒径过大会影响金属浆料的渗入，使金属粉末难以进入金属烧结毡的内部孔隙；因此，为实现嵌入，大部分颗粒不能大于毡表面凹陷。而粒径太小的颗粒价格昂贵，强活性可以使用较低烧结温度，但容易被氧碳污染。
17、步骤一中，采用喷涂的方式将所述金属浆料渗入所述金属烧结毡；所述金属浆料的渗入深度小于或等于所述金属烧结毡厚度的85％。进一步的，所述金属浆料的渗入深度为所述金属烧结毡厚度的15％-50％。若渗入深度过深，会影响透气性/流通性以及未填充部分对水、气体的导流作用。渗入深度过浅可能会在金属烧结毡渗入面出现裂纹等缺陷，不易保证渗入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种嵌入式流体传输膜，其特征在于，包括复合的纤维层和嵌入层，所述纤维层包括第一金属烧结毡，所述嵌入层包括第二金属烧结毡、以及嵌入所述第二金属烧结毡远离所述第一金属烧结毡一侧孔隙的金属粉末烧结体。
2.根据权利要求1所述的嵌入式流体传输膜，其特征在于，所述第一金属烧结毡和所述第二金属烧结毡为一体设置，为连续的完整毡体。
3.根据权利要求1或2所述的嵌入式流体传输膜，其特征在于，所述金属粉末包括以下金属的粉末：钛、镍、铁、钛合金、镍合金、铁合金中的一种，所述铁合金包括不锈钢；所述第一金属烧结毡和第二金属烧结毡由金属纤维铺制成毡，经过第一烧结和第一碾压制成；所述金属纤维包括以下金属的纤维：钛、镍、铁、钛合金、镍合金、铁合金中的一种，所述铁合金包括不锈钢。
4.根据权利要求3所述的嵌入式流体传输膜，其特征在于，所述金属纤维的直径小于或等于30μm；所述第一金属烧结毡和第二金属烧结毡的总厚度为0.2-0.6mm。
5.根据权利要求1所述的嵌入式流体传输膜，其特征在于，所述第二金属烧结毡整体均嵌入有金属粉末烧结体，所述第二金属烧结毡厚度为所
...【技术特征摘要】
1.一种嵌入式流体传输膜，其特征在于，包括复合的纤维层和嵌入层，所述纤维层包括第一金属烧结毡，所述嵌入层包括第二金属烧结毡、以及嵌入所述第二金属烧结毡远离所述第一金属烧结毡一侧孔隙的金属粉末烧结体。
2.根据权利要求1所述的嵌入式流体传输膜，其特征在于，所述第一金属烧结毡和所述第二金属烧结毡为一体设置，为连续的完整毡体。
3.根据权利要求1或2所述的嵌入式流体传输膜，其特征在于，所述金属粉末包括以下金属的粉末：钛、镍、铁、钛合金、镍合金、铁合金中的一种，所述铁合金包括不锈钢；所述第一金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冶，
申请(专利权)人：广东新力新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。