[发明专利]一种高保水树脂复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高保水树脂膜及其制备方法，属于车用或无人机用质子交换膜燃料电池领域。本发明使用具有超强保水能力的合成系高吸水性树脂作保水剂，所用于制备的保水性树脂膜的方法简单，易于工程放大，在组装成电池后，氢空、低増湿/零増湿条件下的电池极化性能提升显著，可实际应用到车用或无人机用质子交换膜燃料电池领域。

技术领域

本发明属于车用或无人机用质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种高保水树脂复合膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种能够将化学能直接转化为电能的能量转换装置。它具有能量转化效率高(40-60％)、操作温度低、启动速度快、对环境友好等的优点，是目前车用和无人机用燃料电池所采用的主流技术形式。尤其对于无人机应用场景，其采用氢空、低增湿/零增湿操作，以及空冷型结构设计，需要保证燃料电池中的聚合物电解质膜(PEM)具有更好的保水能力。主流的PEM多采用Nafion类全氟磺酸膜，但其保水能力和溶胀性能不够理想。

高吸水性树脂(SAP)又叫作高吸水性高分子聚合物，它是一种由水溶性高分子经过交联反应而得到的水溶胀性高分子材料，含有多种强亲水性基团如-OH、-COOH等，在水及有机溶剂中均不会溶解，能够吸水并保存相当于自身质量几十、上百甚至上千倍的水，即使加压也可以锁住相当一部分水分。在氢空、低增湿或零增湿条件下，普通的高吸水性树脂的保水性能不能达到要求，无法安全的用于车用或无人机用质子交换膜燃料电池领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高保水树脂复合膜及其制备方法，其优点在于，本发明所制备的高保水树脂复合膜方法简单，易于工程放大，组装成电池后，极化性能提升显著，可实际应用到车用或无人机用质子交换膜燃料电池领域。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种高保水树脂复合膜，包括不含PTFE多孔基膜的保水树脂复合膜或者包含PTFE多孔基膜的保水树脂复合膜。

本发明提供了一种高保水树脂复合膜的制备方法，不包含PTFE多孔基膜的保水树脂复合膜的制备方法包括如下步骤：

(1)将高分子系的保水性树脂溶解于有机溶剂中，形成树脂溶液，所述高分子系的保水性树脂的分子量为50000以上；

(2)将步骤(1)的树脂溶液与全氟磺酸(Nafion)溶液混合，形成混合溶液1；

(3)将步骤(2)所述的混合溶液1，采用溶液浇筑法制备成一定厚度的高保水树脂复合膜后，放入烘箱内进行热处理，即得；

所述高分子系的保水性树脂为聚丙烯酸/丙烯酰胺树脂、聚丙烯酸盐/丙烯酰胺树脂、聚乙烯醇树脂或醋酸乙烯酯共聚物树脂中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中的一种、二种或三种。

进一步地，步骤(1)中所述树脂溶液中树脂质量分数为0.5wt％～9wt％

进一步地，步骤(2)中所述全氟磺酸(Nafion)溶液为D520或D521的一种。

进一步地，步骤(2)中树脂溶液与全氟磺酸溶液的体积比为0.05：1～0.3：1

进一步地，步骤(3)中采用溶液浇筑法制备的高保水树脂复合膜的厚度为10～35μm；所述热处理的温度为80～100℃，时间为12～24h。

进一步的，步骤(3)中所述溶液浇筑法所使用的浇筑模具包括框形容器，所述框形容器内设有分隔板，所述分隔板将框形容器分割成多个大小不一的空间，所述分隔板靠近框形容器侧壁的一端或两端设有缺口槽，所述缺口槽处设有能将缺口槽封闭的滑移块，所述滑移块滑移嵌置在分隔板与框形容器侧壁之间。