一种质子交换膜制备加工方法及其所制备的质子交换膜与流程

本申请涉及燃料电池膜材料，特别是涉及一种质子交换膜制备加工方法及其所制备的质子交换膜膜片。

背景技术：

1、燃料电池通过氧化还原反应，可将燃料直接转化为电能，是一种高效且环境友好的绿色新能源电池。近些年来，随着环保意识的高涨，燃料电池已经逐渐成为人们所重视的发电技术，而质子交换膜燃料电池(pemfc)是其中应用最广也是相对重要的一类燃料电池，其系由膜电极、双极板、集流体等部件组成。其中膜电极是pemfc中最核心的部件，由质子交换膜、催化剂、气体扩散层和边框组成，而目前质子交换膜燃料电池主要使用贵金属pt/c作催化剂，为了降低成本，如何提高质子传导率是需要解决的关键问题。

技术实现思路

1、因此，本申请的主要目的在于提供一种质子交换膜制备加工方法及其所制备的质子交换膜膜片，以更优化上述所提之问题。

2、为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种质子交换膜制备加工方法，

3、所述方法包括：一静电纺丝液配制步骤，在聚合物溶液中加入携带物，搅拌分散后以得到纺丝液；一质子交换膜的基膜设置步骤，将一基膜固定在一静电纺丝设备上；以及一纳米级薄膜制备步骤，透过所述静电纺丝设备对所述纺丝液进行静电纺丝，以在所述基膜上形成至少一纳米级薄膜，其中所述静电纺丝设备根据一双极板流道凹凸方向设置纺丝路径，以纺丝所述纳米级薄膜至所述基膜上，而所述纳米级薄膜包含至少一致密膜层及一稀疏膜层，其中所述致密膜层的孔隙率是小于所述稀疏膜层的孔隙率。

4、本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

5、如上所述质子交换膜制备加工方法，其中，在所述纳米级薄膜制备步骤中，所述双极板流道凹凸方向上包含一流道凹陷部分及一流道凸起部分，所述纺丝液根据所述流道凹陷部分进行静电纺丝以在所述基膜的一侧形成所述致密膜层，所述纺丝液根据所述流道凸起部分进行静电纺丝以在所述基膜的一侧形成所述稀疏膜层。

6、如上所述质子交换膜制备加工方法，其中，所述聚合物溶液中的聚合物材料包括一带有磺酸基团聚合物，所述携带物包括聚环氧乙烷(peo)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)或聚乙烯醇(pva)。

7、如上所述质子交换膜制备加工方法，其中，所述所述聚合物溶液的浓度控制在5％-10％之间。

8、如上所述质子交换膜制备加工方法，其中，所述聚合物溶液中的溶剂包括一低沸点溶剂，而所述低沸点指的是低于100℃。。

9、如上所述质子交换膜制备加工方法，其中，在所述纳米级薄膜制备步骤中，构成所述致密膜层及所述稀疏膜层的纤维系透过圆柱转棍的转速控制所产生，其中构成所述致密膜层的纤维所设定的圆柱转棍转速在1000-2000r/min，构成所述稀疏膜层的纤维所设定的圆柱转棍转速在1500-3000r/min。

10、如上所述质子交换膜制备加工方法，其中，所述携带物的重量份为1wt％-10wt％。

11、本申请的另一目的为提供一种质子交换膜，其特征在于，包括：一基膜；以及一纳米级薄膜，设于所述基膜的一侧，所述纳米级薄膜包含至少一致密膜层及一稀疏膜层，其中所述致密膜层的孔隙率是小于所述稀疏膜层的孔隙率。

12、如上所述质子交换膜，其中，所述致密膜层的孔隙率系介于50～30％，所述稀疏膜层的孔隙率系介于80～60％。

13、如上所述质子交换膜，其中，所述纳米级薄膜系利用如上所述的质子交换膜制备加工方法所制备而成。

14、本申请通过质子交换膜制备加工方式来产生以下作用：根据双极板流道凹凸方向，利用静电纺丝技术，在流道凹陷部分相对应的质子交换膜表面纺丝较致密膜层，在流道凸起部分相对应的质子交换膜表面纺丝较稀疏膜层，以形成一层平整且透气率不同的纳米级薄膜，增加膜电极中催化剂、气体、质子交换膜的气、固、液三相接触点，藉此提高反应速率和质子传导率。

技术特征：

1.一种质子交换膜制备加工方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的质子交换膜制备加工方法，其特征在于：在所述纳米级薄膜制备步骤中，所述双极板流道凹凸方向上包含一流道凹陷部分及一流道凸起部分，所述纺丝液根据所述流道凹陷部分进行静电纺丝以在所述基膜的一侧形成所述致密膜层，所述纺丝液根据所述流道凸起部分进行静电纺丝以在所述基膜的一侧形成所述稀疏膜层。

3.如权利要求1所述的质子交换膜制备加工方法，其特征在于：所述聚合物溶液中的聚合物材料包括一带有磺酸基团聚合物，所述携带物包括聚环氧乙烷(peo)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)或聚乙烯醇(pva)。

4.如权利要求1所述的质子交换膜制备加工方法，其特征在于：所述聚合物溶液的浓度控制在5％-10％之间。

5.如权利要求1所述的质子交换膜制备加工方法，其特征在于：所述聚合物溶液中的溶剂包括一低沸点溶剂，而所述低沸点指的是低于100℃。

6.如权利要求1所述的质子交换膜制备加工方法，其特征在于：在所述纳米级薄膜制备步骤中，构成所述致密膜层及所述稀疏膜层的纤维系透过圆柱转棍的转速控制所产生，其中构成所述致密膜层的纤维所设定的圆柱转棍转速在1000-2000r/min，构成所述稀疏膜层的纤维所设定的圆柱转棍转速在1500-3000r/min。

7.如权利要求1所述的质子交换膜制备加工方法，其特征在于：所述携带物的重量份为1wt％-10wt％。

8.一种质子交换膜，其特征在于，包括：一基膜；以及一纳米级薄膜，设于所述基膜的一侧，所述纳米级薄膜包含至少一致密膜层及一稀疏膜层，其中所述致密膜层的孔隙率是小于所述稀疏膜层的孔隙率。

9.如权利要求8所述的质子交换膜，其特征在于：所述致密膜层的孔隙率系介于50～30％，所述稀疏膜层的孔隙率系介于80～60％。

10.如权利要求8所述的质子交换膜，其特征在于：所述纳米级薄膜系利用如权利要求1至7任一权利要求所述的质子交换膜制备加工方法所制备而成。

技术总结
本申请提供一种质子交换膜制备加工方法，包括：一静电纺丝液配制步骤，在聚合物溶液中加入携带物，搅拌分散后以得到纺丝液；一质子交换膜的基膜设置步骤，将一基膜固定在一静电纺丝设备上；以及一纳米级薄膜制备步骤，透过所述静电纺丝设备对所述纺丝液进行静电纺丝，以在所述基膜上形成至少一纳米级薄膜，其中所述静电纺丝设备根据一双极板流道凹凸方向设置纺丝路径，以纺丝所述纳米级薄膜至所述基膜上，而所述纳米级薄膜包含至少一致密膜层及一稀疏膜层，藉由静电纺丝装置在基膜上模仿双极板流道凹凸方向纺丝成所述纳米级薄膜。

技术研发人员：刘淼淼,柯茜,敖蓓,钮政,贾远超,庄志,程跃
受保护的技术使用者：上海恩捷新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24