[发明专利]一种增强型全氟磺酸复合质子交换膜及其生产工艺

说明书

本发明公开了一种增强型全氟磺酸复合质子交换膜及其生产工艺，属于燃料电池技术领域。本发明提供的一种增强型全氟磺酸复合质子交换膜的生产工艺，包括以下步骤：S1.ePTFE微孔膜预处理；S2.浸渍涂布；S3.立炉成型；S4.平炉结晶和高温退火；步骤S3具体为：将步骤S2中浸渍涂布后的ePTFE微孔膜置于对辊中挤压，得到复合膜，将挤压后的复合膜送入立式烘箱中，并通过阶梯温度程序处理，脱除溶剂。本发明制备的复合质子膜厚度均匀，同时具有优异的尺寸稳定性，并且强度高，韧性好，有利于延长其使用寿命。

技术领域

本发明是一种增强型全氟磺酸复合质子交换膜及其生产工艺，属于燃料电池技术领域。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应将燃料所具有的化学能转换成电能的发电装置。质子交换膜是燃料电池中常见的一种隔膜，质子交换膜既充当质子传导介质，又起到阻隔阴阳极反应气体的作用，其性能的好坏直接影响燃料电池的电池效率和循环寿命。

增强型复合质子交换膜是利用多孔或纤维材料与离子交换树脂结合制备成复合膜，可以降低膜的厚度，减小燃料电池的内阻，提高燃料电池的效率。然而如何保证制备的复合质子膜厚度均匀，尺寸稳定性良好是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在不足，本发明的目的是提供一种增强型全氟磺酸复合质子交换膜及其生产工艺，制备的复合质子膜厚度均匀，同时具有优异的尺寸稳定性，并且强度高，韧性好，有利于延长其使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种增强型全氟磺酸复合质子交换膜的生产工艺，包括以下步骤：S1.ePTFE微孔膜预处理；S2.浸渍涂布；S3.立炉成型；S4.平炉结晶和高温退火；

步骤S3具体为：将步骤S2中浸渍涂布后的ePTFE微孔膜置于对辊中挤压，得到复合膜，将挤压后的复合膜送入立式烘箱中，并通过阶梯温度程序处理，脱除溶剂。

采用上述方案，立式烘箱为竖直方向上的烘箱，与传统的平式烘箱呈90°，挤压后的复合膜送入立式烘箱中脱除溶剂，由于复合膜在竖直方向上伸展，能够避免重力对ePTFE微孔膜两侧粘合的浆料的影响，有利于复合膜厚度保持稳定和厚度的均一性，采用阶梯温度程序脱除溶剂，有利于溶剂挥发的更均匀且更彻底，从而保证制备的复合质子交换膜具有优异的尺寸稳定性。

优选的，步骤S3中，阶梯温度程序为：以2-5℃/min的升温速率从室温至90℃，在90℃条件下保温0.5-1h，之后以2-5℃/min的升温速率从90℃升温至180℃，在180℃条件下保温0.5-1h。

优选的，步骤S3中，对辊的间隙为5-15μm。

优选的，步骤S4具体为：将步骤S3中脱除溶剂后的复合膜放置于平炉中利用远红外线对其进行双面辐射结晶，之后进行高温退火处理。

采用上述方案，复合膜的两面进行远红外线辐射加热时，复合膜内部和表面的温度同时升高，极大缩短了常规加热时的热传导时间，之后进行的高温退火处理，能够提高复合质子交换膜强度和韧性，从而延长了其使用寿命。

优选的，步骤S4中，远红外双面辐射的功率为20-30kW，加热温度为110℃-120℃，加热时间为30-60min。

优选的，步骤S4中，高温退火处理的温度程序为：以0.5-2℃/min的升温速率从110℃-120℃升温至150℃-160℃，在150℃-160℃条件下保温30-60min，之后以3-5℃/min降温速率降至室温。

优选的，步骤S1具体为：利用等离子辐射对ePTFE微孔膜进行表面处理，得到活化ePTFE微孔膜，等离子气体为CF₃Br、N₂、C₂F₆、Ar、H₂O、O₂、SO₂、NH₃中的一种。