制备水气传输膜的方法技术

本发明专利技术涉及制备水气传输膜的方法。具体地，描述了一种用于制造水气传送膜的方法。所述方法可包括：提供两块片材，每块片材包括其上具有离聚物层的支撑层；将溶剂施加到至少一块片材；和使两块片材的离聚物层接触，以形成在两个支撑层之间包括复合离聚物层的复合膜。还描述了一种复合膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种燃料电池增湿器单元，尤其涉及增湿器内的透水膜的构造以及制造所述透水膜的方法。
技术介绍
在许多燃料电池系统中，在氧(诸如以·大气中的氧的形式)通过单独的流场供应至燃料电池的阴极侧的同时，氢或者富氢气体通过流场供应至燃料电池的阳极侧。合适的催化剂(例如钼)典型地设置成多孔扩散介质上的层，所述多孔扩散介质典型地由碳的织物或纸制成，使得这样的组合具有弹性、导电性和透气性。催化扩散介质用于促进阳极侧的氢的氧化和阴极侧的氧的还原。在离子化的氢穿过位于阳极和阴极的扩散介质之间的另一介质的同时，由氢在阳极处的离解产生的电流从扩散介质的催化部分穿过单独的电路，使得其可以是有用功的源。在这样的通过发生时，离子化的氢与离子化的氧在阴极处结合，从而形成作为反应副产品的高温水气。在称作质子交换膜或聚合物电解质膜(在这两种情形中都称为PEM)燃料电池的一种形式的燃料电池中，用于离子化的氢通过的介质是以全氟磺酸 (PFSA)离聚物膜(诸如，Nafion )形式的电解质。在相反侧上由催化扩散介质包围的膜的分层结构通常称为膜电极组件(MEA)，并形成单个燃料电池。许多这样的单个电池可结合以形成燃料电池组，从而提高其功率输出。燃料电池、尤其PEM燃料电池需要平衡的水位，以确保正常操作。例如，避免在燃料电池中具有可能导致反应物流场通道的溢流或相关阻塞的太多的水是非常重要的。另一方面，太少的水合作用限制了膜的导电性，并可能导致过早的电池失效。在维持水位的平衡中增加难度的是在燃料电池中会发生同时增加和降低局部与全局的水合作用水平的许多相矛盾的反应。确保整个燃料电池的足够的水合作用水平的一种方法包括在反应物进入燃料电池之前润湿反应物中的一种或两者。例如，存在于阴极排气中的残留水可与合适的增湿装置一起使用，以降低阳极、PFSA离聚物膜或阴极入口脱水的可能性。一种这样的增湿装置是水气传输(WVT)单元，其还可称为膜增湿器、燃料电池增湿器或相关的组件。WVT单元从湿润的燃料电池排气流路提取水分，并将其放到湿度低的反应物供料路径中。湿侧与干侧的反应物流路(例如，阴极排气装置和阴极入口)通过一个或多个分隔器(又被称为隔板)在 WVT单元中彼此湿气交换地连通。在特定的制造方法中，分隔器被连续地形成为一卷，具有一对平坦多孔层以及一支撑物，由放置在它们之间的细长条带间隔开。从该连续的卷， WVT单元可被切割成特定的燃料电池应用所需的尺寸和形状。可在美国专利7，749，661和 7，875，396以及公开的美国专利申请2009/0092863中找到WVT单元的示例，所述美国专利以及公开的美国专利申请被转让给本专利技术的受让人，并且所述美国专利以及公开的美国专利申请的全部内容在此以引用的方式全文并入。湿气交换在WVT单元中一般通过利用设置在相邻的高湿度与低湿度流体流路之间的离聚物膜来实现，所述相邻的高湿度与低湿度流体流路形成在分隔器中。大体上平坦的膜(其在结构上可类似上述PFSA膜)在禁止例如通过流路输送的阴极输入物和阴极排气的两种流体的直接混合的同时，允许水气从一侧的较高湿度流体传递到另一侧的较低湿度流体。在一种形式的构造中，离聚物膜附接至相邻的支撑层(其可以是膨体聚四氟乙烯 (ePTFE)或相关材料的薄层)，以提高提高膜与支撑物的坚固性与可操纵性，以及避免离聚物徙动到多孔支撑物中。尽管这样分层，但是该组合仍然易碎，其中，在一种典型的形式中， 在支撑物(例如由膨体聚四氟乙烯(ePTFE)制成)可为大约10微米至30微米厚并且当与散布物接触时萎缩至大约5微米至大约20微米厚的同时，离聚物膜可在3微米与10微米厚之间。与WVT单元制造相关的现有工艺可使离聚物膜和支撑物经受过多的处理和相关的苛刻状况，其可能通过诸如穿越(crossover)之类的失效模式危害膜的完整性。同样地， 终止于废弃相当大部分的离聚物膜现有工艺则导致了浪费和相关成本的增加。如上所述， 以卷的形式生产分隔器；在这样的形式中，离聚物膜位于支持材料构成的支撑层上，作为隔板制造工艺的一部分，所述支撑层必需被去除。这些特征大大增加了将离聚物膜结合到WVT 单元中的总成本。因而，减少与这样的膜材料相关的处理和成本问题的方法是优选的。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种制造水气传送膜的方法。在一个实施例中，该方法包括 提供两块片材，每块片材包括其上具有离聚物层的支撑层；将溶剂施加到至少一块片材； 和使两块片材的离聚物层接触，以形 成在两个支撑层之间包括复合离聚物层的复合膜。本专利技术的另一方面是一种复合膜。在一个实施例中，复合膜包括在一对支撑层之间的复合离聚物层，复合离聚物层包括至少两个离聚物子层。本专利技术还包括以下方案1. 一种制造水气传送膜的方法，包括提供两块片材，每块片材包括其上具有离聚物层的支撑层；将溶剂施加到至少一块片材；以及使所述两块片材的离聚物层接触，以形成在两个支撑层之间包括复合离聚物层的复合膜。2.根据方案I所述的方法，其中，所述溶剂被施加至所述支撑层。3.根据方案I所述的方法，其中，所述溶剂是乙醇。4.根据方案I所述的方法，其中，所述溶剂是异丙醇。5.根据方案I所述的方法，还包括使所述复合膜变干。6.根据方案I所述的方法，其中，所述复合离聚物层具有大于大约5微米的厚度。7.根据方案I所述的方法，其中，所述支撑层是膨体聚四氟乙烯ePTFE。8.根据方案I所述的方法，其中，提供两块片材，每块片材包括其上具有所述离聚物层的所述支撑层，所述方法包括将离聚物层涂布在支持层上；将所述支撑层施加至所述湿的离聚物层；使具有所述支撑层的所述湿的离聚物层变干；以及去除所述支持层。9.根据方案1所述的方法，其中，所述复合膜具有至少大约10，000 GPU的寿命开始阶段水气传输。10.根据方案1所述的方法，其中，所述复合膜具有至少大约14，000 GPU的寿命开始阶段水气传输。11.根据方案1所述的方法，其中，所述复合膜具有至少大约16，000 GPU的寿命开始阶段水气传输。12.根据方案1所述的方法，其中，两个所述离聚物层由不同的离聚物制成。13.根据方案1所述的方法，其中，两个所述支撑层由不同的材料制成。14. 一种制造水气传送膜的方法,包括将离聚物层涂布在支持层上；将支撑层施加至所述湿的离聚物层；使所述湿的离聚物层变干；去除所述支持层，以形成包括支撑层的片材，所述支撑层上具有离聚物层；将溶剂施加到至少一块片材的所述支撑层；以及使两块片材的所述离聚物层接触，以形成在所述第一和第二支撑层之间包括复合离聚物层的复合膜。15.根据方案14所述的方法，其中，所述复合膜具有至少大约10，000 GPU的寿命开始阶段水气传输。16.根据方案14所述的方法，其中，所述两个离聚物层由不同的离聚物制成。17.根据方案14所述的方法，其中，所述两个支撑层由不同的材料制成。18. 一种复合膜，包括在一对支撑层之间的复合离聚物层，所述复合离聚物层包括至少两个离聚物子层。19.根据方案18所述的复合膜，其中，所述两个离聚物子层由不同的离聚物制成。20.根据方案18所述的复合膜，其中，所述对的支撑层由不同的材料制成。21.根据方案18所述的复合膜，其中，所述复合膜具有至少大约10，000 GPU的寿命开始阶段水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造水气传送膜的方法，包括：提供两块片材，每块片材包括其上具有离聚物层的支撑层；将溶剂施加到至少一块片材；以及使所述两块片材的离聚物层接触，以形成在两个支撑层之间包括复合离聚物层的复合膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AM布伦纳，SM克拉法姆，L邹，TJ富勒，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：