[发明专利]一种燃料电池用低透气型质子交换膜的制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池用质子交换膜的制备方法，包括用浸渍和喷涂的方法在膨 体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面上复合全氟磺酸树脂溶液，其特征在于：所述用 浸渍和喷涂的方法在膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面上复合全氟磺酸树脂溶 液，是用超声浸渍-喷涂结合的方法在膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面上复合全 氟磺酸树脂，所述超声浸渍是将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜浸渍在用超声波震荡 的全氟磺酸树脂溶液中，包括两次超声浸渍：第一次是在超声波震荡下将膨体 聚四氟乙烯微孔薄膜浸渍到质量浓度为0.5％-5％的全氟磺酸树脂混合溶液中，将 全氟磺酸树脂成份填充到膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的较小微孔中；第二次是在 超声波震荡下将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜浸渍到质量浓度为5％-20％的全氟磺酸 树脂混合溶液中，将全氟磺酸树脂成份填充到膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的较大 微孔中；所述喷涂是将超声浸渍后的膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的两侧表面反复 进行覆盖喷涂上料至质子交换膜的厚度达到预定要求。

2.根据权利要求1所述一种燃料电池用质子交换膜的制备方法，其特征在 于所述用超声浸渍和喷涂的方法在膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面涂敷全氟磺 酸树脂溶液包括以下制备步骤：

h)溶液I的配制：向质量浓度为0.1％～4.5％的全氟磺酸树脂溶液中加入 一定量的高沸点溶剂，超声波震荡后待用；所述高沸点溶剂与全氟磺酸树脂的 质量比为0.5∶1～8∶1；全氟磺酸树脂溶液的溶剂体系由醇和水构成，所述全氟 磺酸树脂溶液的溶剂体系中的醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇 中的一种或几种；所述高沸点溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、 二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的任一种；

i)溶液II的配制：向质量浓度为5％～20％的全氟磺酸树脂溶液中，加入 一定量的高沸点溶剂，超声波震荡后待用；高沸点溶剂与全氟磺酸树脂溶液的 质量比为0.5∶1～8∶1；全氟磺酸树脂溶液溶剂体系由醇和水构成，溶剂中的醇 包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种；采用的高沸点溶 剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮 中的任一种；

j)将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜固定在相应规格的支撑框上，然后将固定膨 体聚四氟乙烯微孔薄膜的支撑框置于步骤(a)制备的溶液中，在溶液浸渍过程 中，采用超声波震荡步骤(a)制备的溶液，将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的较小 微孔中的空气赶出孔隙外，超声波震荡下浸渍10～60分钟；

k)取出浸润在步骤(a)制备的溶液中的支撑框，除去膨体聚四氟乙 烯微孔薄膜表面的溶液，再将支撑框置于步骤(b)制备的溶液中，在溶液浸渍 过程中，采用超声波震荡步骤(b)制备的溶液，将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的 较大微孔中的空气赶出孔隙外，超声波震荡下浸渍10～60分钟；

l)取出浸渍在步骤(b)制备的溶液中的支撑框，除去膨体聚四氟乙 烯微孔薄膜表面的溶液，将支撑框置于60℃～150℃的热台上干燥；

m)用步骤(b)配置好的溶液，对膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的两侧表面进 行反复覆盖喷涂上料，直至质子交换膜的厚度达到预定要求；

n)将喷涂完成的支撑框放入烘箱中，在120℃～220℃下干燥，干燥时 间0.5～8小时，得到完整的增强型质子交换膜。

3.根据权利要求1所述一种燃料电池用质子交换膜的制备方法，其特征在 于所述的全氟磺酸树脂溶液的质量浓度为0.1％～20％，交换当量范围为 650-1500。

4.根据权利要求1所述一种燃料电池用质子交换膜的制备方法，其特征在 于所述的膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的孔径为0.05μm～1.0μm，孔隙率大于80％， 薄膜厚度10～100μm。