[发明专利]一种燃料电池用复合中空纤维编织管滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及高分子膜技术领域，具体涉及一种燃料电池用复合中空纤维编织管滤膜及其制备方法和应用。该复合中空纤维编织管滤膜，以中空纤维编织管作为支撑基材，具有双重分离层，该双重分离层利用中空纤维编织管‑聚氨酯类/聚砜类高分子聚合物双重改性剂共挤出一体化成膜工艺涂覆于中空纤维编织管上。本发明的复合中空纤维编织管滤膜，双功能层与编织管内衬之间的剥离强度大，长时间使用后各膜层不会发生剥离现象，解决了传统涂覆工艺易剥离、易堵塞等技术难题。此外，该复合中空纤维编织管滤膜具有高强度、耐高温、易于水蒸汽渗透扩散、防水增湿等特点，可有效避免燃料电池因湿度过高造成的电极淹没以及水分过少造成的效率下降问题。

技术领域

本发明涉及高分子膜技术领域，具体涉及一种燃料电池用复合中空纤维编织管滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

基于电化学燃料电池可直接将化学能转变为热能的优势，目前大多数汽车公司开发的燃料电池都着重于开发质子交换膜燃料电池。然而，质子交换膜燃料电池运行过程中必须有适当水分子：当膜中水分子过少时，膜不能传导质子，燃料电池效率下降，甚至无法正常工作；而当膜中水分子过多时，会引起整个燃料电池系统堵水，燃料电池也无法正常工作。面对这一难题，亟需借助增湿系统来保障电池性能。相比于增湿量少、不适于工业化应用的自增湿技术，耐高温、稳定高效的膜法外增湿技术受到广泛关注。

作为核心部件，传统的增湿膜得到了广泛关注与研究，如中国发明申请CN106674562A公开了一种具有疏水结构的聚乙烯醇薄膜及其制备方法，该疏松聚乙烯醇膜与同类聚乙烯醇膜相比，具有更好的水、气透过性，同时在聚乙烯醇的良溶剂环境下具有更好的尺寸稳定性，然而聚乙烯醇与水分子优异的亲和性，易于水分子的吸收、扩散，但并不易于水蒸汽逃逸，增湿效果仍不理想。中国发明申请CN200310119265.5公开了一种纤维素中空纤维气体增湿膜，该膜机械强度高，具有较强的耐有机溶剂、耐酸碱能力，透水能力大，然而对于燃料电池体系，质子交换膜中的水含量过高时，会导致电极被淹没，并不利于燃料电池的正常工作。除此之外，以上高分子膜材料均无法满足高温条件下长期使用，极大程度限制了增湿膜的长期使用稳定性。

为了保障燃料电池在工作过程中保持优异耐高温稳定性、稳定高效防水增湿效果，本发明提供了一种基于中空纤维编织管，通过一步法在外表面修饰防水增湿、耐温性能的聚氨酯类高分子聚合物与具有亲水、耐高温性能的聚砜类高分子聚合物，以满足增湿膜对水分子捕捉、渗透及水蒸气逃逸等的要求，进而保证燃料电池系统稳定、高效增湿。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池用复合中空纤维编织管滤膜的制备方法，该制备工艺简单、材料价格低廉且制备过程中未涉及有毒试剂，所得复合中空纤维编织管滤膜在燃料电池增湿系统工作过程中，增湿效果稳定，具有广泛的应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

本发明的燃料电池用复合中空纤维编织管滤膜的制备方法，包括以下步骤：

以中空纤维编织管作为支撑基材，利用双重改性剂共挤出一体化成膜工艺在所述中空纤维编织管的外表面依次固定聚氨酯类/聚砜类高分子聚合物双重改性剂，制得所述复合中空纤维编织管滤膜。

在本发明中，以中空纤维编织管作为支撑基材，利用中空纤维编织管-聚氨酯类/聚砜类高分子聚合物双重改性剂共挤出一体化成膜工艺，通过化学作用力将具有防水增湿、耐温性能的聚氨酯类高分子聚合物与具有亲水、耐高温性能的聚砜类高分子聚合物固定在编织管外表面形成耐高温、防水增湿双重分离层，获得燃料电池用高强度、耐高温、防水增湿型复合中空纤维编织管滤膜成品。该制备工艺简单、材料价格低廉且制备过程中未涉及有毒试剂，制备得到的复合中空纤维编织管滤膜在燃料电池增湿系统工作过程中，增湿效果稳定，具有广泛的应用价值和市场价值。

本发明的燃料电池用复合中空纤维编织管滤膜的制备方法，具体包括如下步骤：