CN109326808A - 一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜。其由含氟质子交换膜和PTFE膜涂布复合制成。本发明制备的薄膜，由含氟质子交换膜和PTFE膜涂布复合制成，涂布液采用多种树脂和钛白粉复合的配方，可以将含氟质子交换膜和PTFE膜牢固粘住，增强了膜的强度，并增加了膜的导电率，膜在长期使用的条件下不起皱，增加了膜的使用寿命。

Description

一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜
技术领域
本发明属于质子交换膜技术领域，具体涉及一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
燃料电池用质子交换膜通常由含氟材料制膜而成。目前所用的质子交换膜厚度通常在15-50um之间，由于含氟材料及厚度的特性，含氟材料的质子交换膜在使用过程中，会有遇水起皱变形的现象，严重影响交换膜的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜，其由含氟质子交换膜和PTFE膜涂布复合制成。
上述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；
(2)100-130℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
所述涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛20-30份，环氧树脂60-120份,EVA树脂30-80份，钛白粉3-10份。
所述涂膜液还包括枞酸1-3份。
所述涂膜液还包括四氧化钒铋1-3份。
上述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜，所述含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取0.5-2g硝酸铈溶解于500-800ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将40-80g离子交换容量为0.6-1.2mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应36-72小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在140-170℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理18-30小时后将其浸入0.1-0.2mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成20-30％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在90-110℃预干燥3-8分钟后于150-180℃热处理15-30分钟，获得含氟质子交换膜。
本发明的有益效果：本发明制备的薄膜，由含氟质子交换膜和PTFE膜涂布复合制成，涂布液采用多种树脂和钛白粉复合的配方，可以将含氟质子交换膜和PTFE膜牢固粘住，增强了膜的强度，并增加了膜的导电率，膜在长期使用的条件下不起皱，增加了膜的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取1g硝酸铈溶解于600ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将50g离子交换容量为0.8mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应48小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在160℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理24小时后将其浸入0.15mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成25％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在100℃预干燥6分钟后于160℃热处理20分钟，获得含氟质子交换膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；所述涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛25g，环氧树脂80g，EVA树脂60g，钛白粉6g。
(2)120℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
实施例2
本实施例含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取0.5g硝酸铈溶解于500ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将40g离子交换容量为0.6mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应36小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在140℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理18小时后将其浸入0.1mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成20％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在90℃预干燥3分钟后于150℃热处理15分钟，获得含氟质子交换膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛20g，环氧树脂60g,EVA树脂30g，钛白粉3g。
(2)100℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
实施例3
本实施例含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取2g硝酸铈溶解于800ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将80g离子交换容量为1.2mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应72小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在170℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理30小时后将其浸入0.2mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成30％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在110℃预干燥8分钟后于180℃热处理30分钟，获得含氟质子交换膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛30g，环氧树脂120g,EVA树脂80g，钛白粉10g。
(2)130℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
实施例4
本实施例含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取1g硝酸铈溶解于600ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将50g离子交换容量为0.8mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应48小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在160℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理24小时后将其浸入0.15mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成25％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在100℃预干燥6分钟后于160℃热处理20分钟，获得含氟质子交换膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；所述涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛25g，环氧树脂80g，EVA树脂60g，钛白粉6g，枞酸2g；
(2)120℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
实施例5
本实施例含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取1g硝酸铈溶解于600ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将50g离子交换容量为0.8mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应48小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在160℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理24小时后将其浸入0.15mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成25％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在100℃预干燥6分钟后于160℃热处理20分钟，获得含氟质子交换膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；所述涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛25g，环氧树脂80g，EVA树脂60g，钛白粉6g，四氧化钒铋2g；
(2)120℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
实施例6
本实施例含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取1g硝酸铈溶解于600ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将50g离子交换容量为0.8mmol/g的全氟磺酸树脂和10gBa5Sr La2Co4O15晶体，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应48小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在160℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理24小时后将其浸入0.15mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成25％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在100℃预干燥6分钟后于160℃热处理20分钟，获得含氟质子交换膜。
一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；所述涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛25g，环氧树脂80g，EVA树脂60g，钛白粉6g。
(2)120℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
实验例：
对实施例1-6所制备的质子交换膜进行性能测试实验，测其100℃质子导电率，测量结果见表1所示：
表1
注：*代表与实施例1组比较P<0.05。
由表1可以看出，实施例1-6的质子导电率都达到了60mS/cm，优于传统质子导电率，实施例6的质子导电率都达到了71.8mS/cm，显著高于实施例1。
对实施例1-6所制备的能防止质子交换膜表面起皱的薄膜进行性能测试实验，测其拉伸强度，测量结果见表2所示：
表2
注：*代表与实施例1组比较P<0.05
由表2可以看出，实施例1-3的拉伸强度相当，没有显著差异，实施例4-5的拉伸强度显著高于实施例1。

Claims (6)

1.一种能防止质子交换膜表面起皱的薄膜，其特征在于，其由含氟质子交换膜和PTFE膜涂布复合制成。
2.权利要求1所述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
(1)在网纹涂布机上放置PTFE膜，涂布涂膜液；
(2)100-130℃条件下烘干涂膜液，放置同样宽度的质子交换膜；
(3)压辊挤压复合，成型收卷。
3.根据权利要求2所述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，其特征在于，所述涂膜液由如下重量份数物质组成：聚乙烯醇缩丁醛20-30份，环氧树脂60-120份,EVA树脂30-80份，钛白粉3-10份。
4.根据权利要求2所述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，其特征在于，所述涂膜液还包括枞酸1-3份。
5.根据权利要求2所述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜的制备方法，其特征在于，所述涂膜液还包括四氧化钒铋1-3份。
6.根据权利要求1所述能防止质子交换膜表面起皱的薄膜，其特征在于，所述含氟质子交换膜的制备方法如下：
(1)取0.5-2g硝酸铈溶解于500-800ml纯水中，制得硝酸铈溶液；将40-80g离子交换容量为0.6-1.2mmol/g的全氟磺酸树脂，浸入硝酸铈溶液中，室温搅拌反应36-72小时；
(2)用纯水冲洗树脂后，将湿树脂在140-170℃烘箱中进行干燥处理；
(3)取步骤(2)的全氟磺酸铈干燥树脂，经氮气干燥处理18-30小时后将其浸入0.1-0.2mol/L的盐酸溶液中；
(4)取步骤(3)处理后的全氟磺酸铈树脂溶解于二甲基亚砜中，形成20-30％重量比的均匀溶液，采用溶液流延成膜的方法使该溶液在基板上流延成膜，将湿膜在90-110℃预干燥3-8分钟后于150-180℃热处理15-30分钟，获得含氟质子交换膜。
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