CN110120531A - 一种防水透气膜及其制备工艺和应用 - Google Patents

一种防水透气膜及其制备工艺和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110120531A
CN110120531A CN201910425195.7A CN201910425195A CN110120531A CN 110120531 A CN110120531 A CN 110120531A CN 201910425195 A CN201910425195 A CN 201910425195A CN 110120531 A CN110120531 A CN 110120531A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ventilated membrane
waterproof ventilated
weight
parts
low molecular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910425195.7A
Other languages
English (en)
Inventor
宋永江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou You Teke New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Changzhou You Teke New Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou You Teke New Energy Technology Co Ltd filed Critical Changzhou You Teke New Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201910425195.7A priority Critical patent/CN110120531A/zh
Publication of CN110120531A publication Critical patent/CN110120531A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种防水透气膜及其制备工艺和应用，该防水透气膜包括以下按重量份计的组分：导电碳材料35～45重量份，低分子量聚乙二醇35～45重量份，PTFE 45～60重量份。采用低分子量聚乙二醇作为润湿剂和成孔剂，无需使用乙醇，所得膜材料粗成品也无需使用大量的乙醇浸泡，用加热的清水浸泡即可。该防水透气膜具有良好电化学性能，能有效降低生产成本，并保证生产安全性。

Description

一种防水透气膜及其制备工艺和应用
技术领域
本发明涉及金属空气电池正极材料技术领域，具体涉及一种防水透气膜及其制备工艺和应用。
背景技术
金属空气电池包括铝空气电池、锌空气电池、镁空气电池、锂空气电池等，具有原材料丰富、比能量高、无污染等诸多优点，受到了人们的广泛关注和研究。而金属空气电池的工业化应用在很大程度上受到空气电极材料的制约，其中防水透气膜作为正极活性物质氧的扩散通道，其透气性和阻水性成为影响空气电极性能的关键因素之一。
常见的空气电极防水透气膜采用碳材料(如乙炔黑、炭黑等)和粘结剂(PTFE等)，碳材料在与粘结剂混合之前需要用乙醇润湿，因为乙醇易挥发并且具有一定的成孔作用，混合物经辊压成膜后，需要将膜用乙醇浸泡，以去除杂质、添加剂等物质，提高防水透气膜的电化学性能。该方法需要用到大量的乙醇，易出现安全事故，且生产成本高，造孔效果不佳。
发明内容
为解决现有技术的上述不足，一方面，提供一种具有良好的防水透气性和电化学性能的防水透气膜防水透气膜，具体实施例如下：
一种防水透气膜，包括以下按重量份计的组分：
导电碳材料35～45重量份，低分子量聚乙二醇35～45重量份，PTFE 45～60重量份。
优选的，聚乙二醇的分子量为200～600。
优选的，所述导电碳材料选自乙炔黑和炭黑中的一种或两种，在具体实施例中，所述导电碳材料为炭黑，所述低分子量聚乙二醇与炭黑的重量比优选为1:1。
另一方面，还提供上述防水透气膜的制备方法，包括：
将低分子量聚乙二醇与导电碳材料混匀，加入PTFE乳液，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成薄膜；
将制得的薄膜放入清水中，加热并恒温浸泡，浸泡完成后晾干，去除水分。
优选的，辊压成型所得薄膜的厚度为0.25～0.3mm。
优选的，加热温度为50～60℃，恒温浸泡时间为3～4h，一次浸泡完成后，换水再次加热，如此循环2次以上。
优选的，还包括对制得的防水透气膜在280-340℃进行热处理的步骤，用于提高憎水性。
另一方面，还提供了上述防水透气膜在空气电池中的应用。
本发明具体实施例的有益效果：
采用低分子量聚乙二醇作为润湿剂和成孔剂，无需使用乙醇，所得膜材料粗成品也无需使用大量的乙醇浸泡，用加热的清水浸泡即可，能有效降低生产成本，并保证生产安全性。
附图说明
图1为实施例和对比例在50mA/cm2的恒流放电曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例公开了一种防水透气膜，包括以下按重量份计的组分：
导电碳材料35～45重量份，聚乙二醇35～45重量份，PTFE 45～60重量份。
该方案以低分子量聚乙二醇作为润湿剂和成孔剂，无需使用乙醇，膜材料粗成品也无需使用大量的乙醇浸泡，只需要用加热的清水浸泡即可。现有技术采用的乙醇则是一种易燃、易挥发的危化品，不仅生产成本高，而且易产生安全事故。本方案采用无毒无害的低分子量聚乙二醇代替乙醇，能够得到具有良好电化学性能的防水透气膜，能有效降低生产成本，并保证生产安全性。
导电碳材料用于增加防水透气膜的导电性能，可以采用本领域公知的类型，比如乙炔黑、炭黑等，可以适用任意一种或两种以上复配，在具体实施例中，所述导电碳材料为炭黑，所述低分子量聚乙二醇与炭黑的重量比优选为1:1。
本实施例还提供上述防水透气膜的制备方法，包括：
将低分子量聚乙二醇与导电碳材料混匀，加入PTFE乳液，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成薄膜，其厚度可以为0.25～0.3mm；
将制得的薄膜放入清水中，加热并恒温浸泡，浸泡完成后晾干，去除水分。
优选的，加热温度为50～60℃，恒温浸泡时间为3～4h，一次浸泡完成后，换水再次加热，如此循环2次以上即可。
上述防水透气膜可以应用于空气电池技术领域，所述空气电池为本领域技术人员熟知的电池，只是其阴极材料所使用的防水透气材料为本申请提供的防水透气膜材料，其他本申请没有特别的限制。示例的，空气电池的阳极材料可以为铝、镁、锌等，阴极由催化层、防水透气膜、集流体组成，其中催化剂为商用MnO2、活性炭、炭黑与聚四氟乙烯按重量比2：4：1.5：2混合成浆料，按5mg/cm2的载量涂覆到金属空气电池的防水透气膜的一侧表面，再将该防水透气膜的另一面与集流体叠合，并在集流体的另一面叠合未负载催化剂的防水透气膜，辊压，制成空气阴极，阴极的活性面积为2×5cm2，电解液为4M的KOH水溶液。将所述防水透气膜用于制备空气电池阴极材料，可降低成本，并改善电池的放电性能。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
将40重量份的低分子量聚乙二醇与40重量份炭黑混匀，加入PTFE乳液(固含60％)，使PTFE含量为60重量份，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成厚0.25～0.3mm的薄膜，置于清水中，加热至60℃，恒温浸泡3h，然后换水再次加热，如此循环3次。将膜取出，晾干，在300℃热处理1h，制得防水透气膜。
对比例
采用实施例1的工艺制备防水透气膜，不同之处在于，将低分子量聚乙二醇替换为相同重量的乙醇，制膜后置于乙醇中，常温浸泡3次。
在集流体两侧分别贴合一层防水透气膜，在其中一侧的防水透气膜的外表面涂覆催化剂，该催化剂为商用MnO2、活性炭、炭黑与聚四氟乙烯按重量比2：4：1.5：2混合成的浆料，载量3mg/cm2，辊压，制成空气电极，并与铝合金、电解液(4M的KOH水溶液)等组装成单电池。
以Hg/HgO电极作为参比电极，铂片为辅助电极，在50mA/cm2电流密度下恒流放电1h，实施例和对比例稳定后的工作电压分别为1.32V和1.16V，放电曲线如图1所示。
以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防水透气膜，其特征在于，包括以下按重量份计的组分：
导电碳材料35～45重量份，低分子量聚乙二醇35～45重量份，PTFE45～60重量份。
2.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，聚乙二醇的分子量为200～600。
3.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，导电碳材料选自乙炔黑和炭黑中的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的防水透气膜，其特征在于，导电碳材料为炭黑，低分子量聚乙二醇与炭黑的重量比为1:1。
5.一种权利要求1-4任意一项所述的防水透气膜的制备方法，其特征在于，包括：
将低分子量聚乙二醇与导电碳材料混匀，加入PTFE乳液，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成薄膜；
将制得的薄膜放入清水中，加热并恒温浸泡，浸泡完成后晾干，去除水分。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，辊压成型所得薄膜的厚度为0.25～0.3mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加热温度为50～60℃，恒温浸泡时间为3～4h，一次浸泡完成后，换水再次加热，如此循环2次以上。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括对制得的防水透气膜在280-340℃进行热处理的步骤。
9.权利要求1-4任意一项所述的防水透气膜在空气电池中的应用。
CN201910425195.7A 2019-05-21 2019-05-21 一种防水透气膜及其制备工艺和应用 Pending CN110120531A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910425195.7A CN110120531A (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种防水透气膜及其制备工艺和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910425195.7A CN110120531A (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种防水透气膜及其制备工艺和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110120531A true CN110120531A (zh) 2019-08-13

Family

ID=67523001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910425195.7A Pending CN110120531A (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种防水透气膜及其制备工艺和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110120531A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111421866A (zh) * 2020-05-21 2020-07-17 常熟宏巨新材料科技有限公司 一种兼具防水及透气的薄膜生产工艺

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1529373A (zh) * 2003-09-30 2004-09-15 华南理工大学 锌空气电池空气扩散电极的造孔方法及其造孔剂
CN101381501A (zh) * 2008-10-30 2009-03-11 北京科技大学 一种聚合物固体电解质膜及其制备方法
CN102040211A (zh) * 2010-10-29 2011-05-04 北京工业大学 一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法
CN104785120A (zh) * 2015-03-25 2015-07-22 杭州汉膜新材料科技有限公司 一种本体亲水中空纤维膜及其制备方法
CN105413486A (zh) * 2015-12-03 2016-03-23 中国科学院化学研究所 一种醋酸纤维素共混纳滤膜及其制备方法
CN106519104A (zh) * 2015-09-15 2017-03-22 华南师范大学 聚合物及其制备方法和应用
CN106910924A (zh) * 2015-12-18 2017-06-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种导电透气阻液膜及其制备和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1529373A (zh) * 2003-09-30 2004-09-15 华南理工大学 锌空气电池空气扩散电极的造孔方法及其造孔剂
CN101381501A (zh) * 2008-10-30 2009-03-11 北京科技大学 一种聚合物固体电解质膜及其制备方法
CN102040211A (zh) * 2010-10-29 2011-05-04 北京工业大学 一种合成锂离子电池正极材料LiFePO4的方法
CN104785120A (zh) * 2015-03-25 2015-07-22 杭州汉膜新材料科技有限公司 一种本体亲水中空纤维膜及其制备方法
CN106519104A (zh) * 2015-09-15 2017-03-22 华南师范大学 聚合物及其制备方法和应用
CN105413486A (zh) * 2015-12-03 2016-03-23 中国科学院化学研究所 一种醋酸纤维素共混纳滤膜及其制备方法
CN106910924A (zh) * 2015-12-18 2017-06-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种导电透气阻液膜及其制备和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宋小平主编: "《纺织染整助剂生产工艺与技术》", 30 April 2017 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111421866A (zh) * 2020-05-21 2020-07-17 常熟宏巨新材料科技有限公司 一种兼具防水及透气的薄膜生产工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tiwari et al. A novel low cost polyvinyl alcohol-Nafion-borosilicate membrane separator for microbial fuel cell
Qi et al. Low Pt loading high performance cathodes for PEM fuel cells
WO2018113485A1 (zh) 一种高功率密度的质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
CN1764001B (zh) 用于直接氧化燃料电池的聚合物电解液及其制备方法以及包含它的直接氧化燃料电池
CN110504472A (zh) 一种提高催化剂利用率的直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法
Lobato et al. Optimisation of the Microporous Layer for a Polybenzimidazole‐Based High Temperature PEMFC–Effect of Carbon Content
JP6184256B2 (ja) 微生物燃料電池用カソード及びその製造方法、並びに微生物燃料電池
EP0955687B1 (en) Method for producing a slurry for forming a catalyst layer for a proton exchange membrane fuel cell
Baglio et al. Investigation of the electrochemical behaviour in DMFCs of chabazite and clinoptilolite-based composite membranes
CN103730667A (zh) 一种单室微生物燃料电池的空气阴极的制作方法
CN104900848A (zh) 长寿命锂硫电池正极及锂硫电池的制备方法
CN107910521A (zh) 一种钌修饰的氟化碳材料、制备及应用
CN103985923B (zh) 准固态电解质pva‑锌‑空气电池
CN106785241A (zh) 金属空气电池阴极及其制备方法
CN106960961B (zh) 一种锌空气液流电池用空气电极结构及其制备方法
CN110120531A (zh) 一种防水透气膜及其制备工艺和应用
JP2005108770A (ja) 電解質膜電極接合体の製造方法
JP2005032681A (ja) 燃料電池用電解質膜・電極接合体およびその製造方法
KR20090080160A (ko) 고분자전해질 연료전지용 가스확산층의 제조 방법
CN103490081A (zh) 改性全氟磺酸质子交换膜、其制备方法和直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法
CN105742654A (zh) 一种用于燃料电池阴极的混合相莫来石电催化剂及催化层的制备方法
CN105489905A (zh) 一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法
CN104638264A (zh) 一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法
KR100481591B1 (ko) 연료전지용 고분자 나노복합막, 그의 제조방법 및 이를이용한 연료전지
KR101793477B1 (ko) 충전 및 방전 성능이 향상된 금속 공기 이차전지용 양극 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190813

RJ01 Rejection of invention patent application after publication