[发明专利]一种质子交换膜的制备方法及系统

说明书

为克服现有质子交换膜存在不能兼顾厚度和强度要求的问题，本发明提供了一种质子交换膜的制备方法，包括以下操作步骤：提供离型膜；在离型膜上涂覆第一质子交换树脂浆料，形成第一质子交换层；将增强网层的一表面覆盖于第一质子交换层上，使第一质子交换层的质子交换树脂浆料进入增强网层，加热干燥得到增强网层、第一质子交换层和离型膜的复合层；将第二质子交换树脂浆料涂覆于增强网层的另一表面，形成第二质子交换层，加热干燥，收卷得到质子交换膜和离型膜复合的材料。同时，本发明还公开了一种质子交换膜的制备系统。本发明提供的制备方法可实现大规模连续化制备质子交换膜的目的，且制备得到的质子交换膜具有较高的机械强度和尺寸稳定性。

技术领域

本发明属于质子交换膜技术领域，具体涉及一种质子交换膜的制备方法及系统。

背景技术

氢能是二十一世纪可持续发展的主旋律，氢能技术又是实现碳达峰及碳中和的不可或缺的洁净能源技术。在氢能技术领域中电解水是氢能上游的制氢技术，而燃料电池则是氢能领域中用氢的技术，实现了氢能应用的首尾呼应。

质子交换膜电解水及质子交换膜燃料电池又是应用范围最广、技术相对成熟、市场潜力最大的两个技术。而其中的质子交换膜又是这两大关键技术中的关键材料。

质子交换膜(PEM)是一种离子传导型薄膜，其为质子的迁移和输送提供通道，同时阻隔阳极和阴极气体，防止二者混合。质子交换膜是电解水制氢及氢氧燃料电池的核心部件之一，其性能与电池的性能密切相关。在电池运行过程中，质子交换膜对电池性能的影响主要体现在面电阻上，而面电阻的大小由质子交换膜的离子电导率及质子交换膜的厚度决定，所以对于燃料电池内部使用的质子交换膜，目前超薄化及高强度化是现今质子膜发展的必然趋势。

目前的质子交换膜制备技术较多的是将水解前的全氟磺酸树脂进行加热熔融，然后挤出到基膜上，制备成膜后再进行水解处理得到质子交换膜。然而，这种方法有两个缺点，一是熔融挤出制备得到的质子交换膜厚度较厚，一般为100微米以上；二是，这种方法很难在质子交换膜中间加入增强层来提高膜的机械性能。另外一种目前比较常用的方法是先将全氟磺酸树脂分散到水和醇的溶剂体系中，通过将聚合物溶液直接涂布到PET等基膜上，再经过干燥及热处理后形成质子交换膜。这种方法虽然得到厚度较薄的质子交换膜，但是其很难承受在电解池或燃料电池运行过程中阴阳两极的压力差及由于吸水溶胀带来的尺寸变化。

发明内容

针对现有质子交换膜存在不能兼顾厚度和强度要求的问题，本发明提供了一种质子交换膜的制备方法及系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种质子交换膜的制备方法，包括以下操作步骤：

提供离型膜；

在离型膜上涂覆第一质子交换树脂浆料，形成第一质子交换层；

将增强网层的一表面覆盖于第一质子交换层上，使第一质子交换层的质子交换树脂浆料进入增强网层，加热干燥得到增强网层、第一质子交换层和离型膜的复合层；

将第二质子交换树脂浆料涂覆于增强网层的另一表面，形成第二质子交换层，加热干燥，收卷得到质子交换膜和离型膜复合的材料。

可选的，所述质子交换膜与所述离型膜的离型力为1～100g/mm。

可选的，所述离型膜和所述增强网层均为卷材供料，质子交换膜和离型膜复合的材料收卷得到卷材，所述第一质子交换层和所述第二质子交换层的涂覆方式各自独立地选自狭缝涂布、凹版涂布、逗号刮刀涂布和丝网印刷中的一种或多种，涂覆厚度为100～1000um。