CN112048250A - 用于燃料电池的快速固化胶带及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池的快速固化胶带及其制造方法。本发明公开的用于燃料电池的快速固化胶带，包含：粘合剂和基膜，粘合剂涂覆在基膜上，粘合剂包含：100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈，50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂。本发明即使在电解质膜的pH值为4的酸性环境，且包含水的条件下，也可以在燃料电池的垫片膜和电解质膜两种非均质材料之间长时间保持粘合度，有效避免了防止正极和负极的燃料到相反侧的现象，提高了燃料电池的可靠性。

Description

用于燃料电池的快速固化胶带及其制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术，特别涉及一种用于燃料电池的快速固化胶带。
背景技术
高分子电解质燃料电池(polymer electrolyte fuel cell，PEFC)是使用具有氢离子交换特性的高分子膜作为电解质的燃料电池，也被称为固体高分子电解质燃料电池(solid polymer electrolyte fuel cells，SPEFC)、氢离子交换膜燃料电池(protonexchange membrane fuel cells，PEMFC)。与其他燃料电池相比，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)启动温度低于80℃，效率高，电流密度和功率密度高，并且启动时间短，同时对负载变化反应快。尤其是使用聚合物膜作为电解质，不需要对腐蚀和电解质控制，并且对反应器中的压力变化也不敏感。此外，由于设计简单，易于制造并且可以实现多种输出，聚电解质燃料电池(PEFC)广泛应用于无公害车辆的动力源，现场发电，移动电源和军用电源。
高分子电解质燃料电池膜-电极组件(Membrane-Electrode Assembly，MEA)，这种结构为正极-膜-负极的三层结构，而称为3LAYER。因为在膜-电极组件外部没有电极的部分仅由电解质膜构成，因此在驱动燃料电池的情况下，会发生燃料跨越现象，导致其耐久性差。为了解决上述问题，通常使用具有良好的耐化学性或机械性能的膜聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)膜补充到膜-电极组件的边缘来设计，防止燃料跨越现象。但由于电解质膜与垫片膜的异质材料之间密合性差，因此，仅通过补垫膜的方式，无法防止燃料跨越现象。
发明内容
根据本发明实施例，提供了一种用于燃料电池的快速固化胶带，包含：粘合剂和基膜，粘合剂涂覆在基膜上，粘合剂包含：100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈，50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂。
进一步，固化剂为咪唑固化剂，或包含如下一种或多种：胺、酸酐和酸酐固化剂。
进一步，羧基封端的丁二烯丙烯腈的丁二烯占70～90％的重量比，丙烯腈占10～30％的重量比。
进一步，羧基封端的丁二烯丙烯腈的分子量范围为5000～200000。
进一步，线型酚醛环氧树脂和苯酚甲醛树脂的熔点范围为90℃～120℃。
进一步，粘合剂的厚度范围为10～50μm。
进一步，基膜为聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯膜。
进一步，基膜的厚度范围为10～70μm。
根据本发明又一实施例，提供了一种用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，包含如下步骤：
在100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈中添加50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂，获取粘合剂溶液；
使用丙酮溶剂溶解粘合剂溶液，搅拌获取丙酮-粘合剂混合液；
冷却丙酮-粘合剂混合液，获取粘合剂；
将粘合剂涂布在基膜上，丙酮在涂布粘合剂的过程中挥发，获取胶带；
烘干胶带，获取用于燃料电池的快速固化胶带。
进一步，使用丙酮溶剂在60℃下溶解粘合剂溶液，搅拌粘合剂溶液5小时。
进一步，在30℃下冷却丙酮-粘合剂混合液，获取粘合剂。
进一步，基膜为聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯膜。
进一步，基膜的厚度范围为10～70μm。
进一步，将粘合剂涂布在基膜上的厚度范围为10～200μm。
进一步，烘干胶带的温度范围为50～120℃。
进一步，烘干后的粘合剂的厚度范围为10～50μm。
根据本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带及其制造方法，即使在电解质膜的pH值为4的酸性环境，且包含水的条件下，也可以在燃料电池的垫片膜和电解质膜两种非均质材料之间长时间保持粘合度，有效避免了防止正极和负极的燃料到相反侧的现象，提高了燃料电池的可靠性。
要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。
附图说明
图1为根据本发明实施例用于燃料电池的快速固化胶带的结构示意图；
图2为根据本发明实施例用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法的方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。
首先，将结合图1描述根据本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带，用于高分子电解质膜燃料电池，应用场景很广。
如图1所示，本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带，具有粘合剂1和基膜2，粘合剂1涂覆在基膜2上，其中，粘合剂1包含：100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈，50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂。
具体地，如图1所示，粘合剂1的厚度d1的范围为10～50μm。粘合剂的厚度若小于5μm，则无法在电解质膜与基膜之间进行密封，而导致泄漏的现象；而当其厚度大于50μm时，在电解质膜和垫片膜的粘合过程中粘合剂会溢出。
具体地，甲阶酚醛树脂和线型酚醛环氧树脂具有较强的耐化学性和耐湿性，因而在驱动燃料电池时，即使是在酸性和潮湿的环境中也保持1000g/cm2以上的粘附性。在本实施例中，选用化学式如下的甲阶酚醛树脂：
Figure BDA0002632559670000041
具体地，固化剂为咪唑固化剂，或包含如下一种或多种：胺、酸酐和酸酐固化剂。
具体地，羧基封端的丁二烯丙烯腈的丁二烯占70～90％的重量比，丙烯腈占10～30％的重量比，其中，羧基封端的丁二烯丙烯腈的分子量范围为5000～200000，能够有效防止气体泄漏，当分子量小于5000时，羧基封端的丁二烯丙烯腈热稳定性较差，而当分子量大于200000时，则与溶剂的相容性差而导致粘度增加，操作性较差。
具体地，选用熔点范围为90℃～120℃的线型酚醛环氧树脂和苯酚甲醛树脂的，当熔点为90℃或以下时，粘合剂1在30～90℃(燃料电池的正常工作温度)容易泄漏，如果熔点为120℃以上时，则需要较长时间才能提高生产率，其生产能力较差。
具体地，基膜2选用聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯膜，具有优异的机械和化学性质，可有效防止燃料泄漏，并可保护燃料电池的气体扩散层，该气体扩散层在膜-电极组件与双电极之间起燃料的供给和排出的作用。
进一步，在本实施例中，基膜2的厚度d2范围为10～70μm，当基膜厚度小于10μm时，气体扩散层被压缩并且不供应燃料，在这种情况下，气体扩散层以浮动状态存在于双电极之间，增加了电阻，从而导致燃料电池性能劣化，当基膜2的厚度大于70μm时，则会降低基膜2的机械性能。
如上，根据本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带，即使在电解质膜的pH值为4的酸性环境，且包含水的条件下，也可以在燃料电池的垫片膜和电解质膜两种非均质材料之间长时间保持粘合度，有效避免了防止正极和负极的燃料到相反侧的现象，提高了燃料电池的可靠性。
以上结合附图1描述了根据本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带。进一步地，本发明还可以应用于用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法。
如图2所示，本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，包含如下步骤：
在S1中，在100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈中添加50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂，获取粘合剂溶液.
在S2中，使用丙酮溶剂溶解粘合剂溶液，搅拌获取丙酮-粘合剂混合液；在本实施例中，使用丙酮溶剂在60℃下搅拌粘合剂溶液，搅拌粘合剂溶液5小时。
在S3中，冷却丙酮-粘合剂混合液，获取粘合剂；在本实施例中，在30℃下冷却丙酮-粘合剂混合液。
在S4中，将粘合剂涂布在基膜上，丙酮在涂布粘合剂的过程中挥发，获取胶带，在本实施例中，基膜选用聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯膜，进一步基膜的厚度范围为10～70μm。
进一步，在本实施例中，将粘合剂涂布在基膜上的厚度范围为10～200μm。
在S5中，烘干胶带，获取用于燃料电池的快速固化胶带，由于甲阶酚醛树脂必须长时间在高温下施加热量，因而通过燃料电池驱动的热量使其逐渐固化，从而使胶带进一步固化。
进一步，烘干胶带的温度范围为50～120℃，烘干后的粘合剂的厚度范围为10～50μm，以确保粘合剂的密封效果，同时不会在电解质膜和垫片膜的粘合过程中溢出。
以上，参照图1～2描述了根据本发明实施例的用于燃料电池的快速固化胶带及其制造方法，即使在电解质膜的pH值为4的酸性环境，且包含水的条件下，也可以在燃料电池的垫片膜和电解质膜两种非均质材料之间长时间保持1000g/cm2以上的粘合度，有效避免了防止正极和负极的燃料到相反侧的现象，提高了燃料电池的可靠性。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，包含：粘合剂和基膜，所述粘合剂涂覆在所述基膜上，所述粘合剂包含：100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈，50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂。
2.如权利要求1所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述固化剂为咪唑固化剂，或包含如下一种或多种：胺、酸酐和酸酐固化剂。
3.如权利要求1所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述羧基封端的丁二烯丙烯腈的丁二烯占70～90％的重量比，丙烯腈占10～30％的重量比。
4.如权利要求3所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述羧基封端的丁二烯丙烯腈的分子量范围为5000～200000。
5.如权利要求1所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述线型酚醛环氧树脂和所述苯酚甲醛树脂的熔点范围为90℃～120℃。
6.如权利要求1所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述粘合剂的厚度范围为10～50μm。
7.如权利要求1所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述基膜为聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯膜。
8.如权利要求7所述用于燃料电池的快速固化胶带，其特征在于，所述基膜的厚度范围为10～70μm。
9.一种用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：
在100重量份的羧基封端的丁二烯丙烯腈中添加50～70重量份的线型酚醛环氧树脂，30～50重量份的苯酚甲醛树脂，3～10重量份的固化剂，以及，20～30重量份的甲阶酚醛树脂，获取粘合剂溶液；
使用丙酮溶剂溶解所述粘合剂溶液，搅拌获取丙酮-粘合剂混合液；
冷却所述丙酮-粘合剂混合液，获取粘合剂；
将所述粘合剂涂布在基膜上，所述丙酮在涂布所述粘合剂的过程中挥发，获取胶带；
烘干所述胶带，获取用于燃料电池的快速固化胶带。
10.如权利要求9所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，使用所述丙酮溶剂在60℃下溶解所述粘合剂溶液，搅拌所述粘合剂溶液5小时。
11.如权利要求9所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，在30℃下冷却所述丙酮-粘合剂混合液，获取粘合剂。
12.如权利要求9所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，所述基膜为聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二酯膜。
13.如权利要求12所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，所述基膜的厚度范围为10～70μm。
14.如权利要求9所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，将所述粘合剂涂布在所述基膜上的厚度范围为10～200μm。
15.如权利要求9所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，烘干所述胶带的温度范围为50～120℃。
16.如权利要求15所述用于燃料电池的快速固化胶带的制造方法，其特征在于，烘干后的所述粘合剂的厚度范围为10～50μm。
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