[发明专利]一种卷对卷印刷保护层制备燃料电池质子交换膜的方法

说明书

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种卷对卷印刷保护层制备燃料电池质子交换膜的方法。包括如下制备过程：（1）将Nafion液、聚醚砜树脂溶液配制为纺丝液；（2）将Nafion液、环氧树脂、多孔无机粉体配制为印刷涂料；（3）在聚四氟乙烯膜表面静电纺丝得到微孔质子交换膜；（4）在卷对卷印刷机中，采用凹版印刷将涂料印刷在微孔质子交换膜两面，固化，即得具有无机物保护层的燃料电池质子交换膜。本发明制得的质子交换膜的两面印刷含有无机物的微孔保护层，将Nafion树脂稳定在内层，得到的质子交换膜溶胀率低，且在膜高温下既具有高的电导性，又具有良好的力学性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种卷对卷印刷保护层制备燃料电池质子交换膜的方法。

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。作为下一代电池技术，燃料电池拥有能量密度与储能时间两大优势，同时燃料电池在使用过程中只产生水，不会产生其他任何污染，因此燃料电池是最理想的储能装置，是未来终极电池解决方案。

质子交换膜作为燃料电池的关键材料，必须具备如下特性：高的质子传导率以及电子的绝缘体；良好的机械强度和稳定性；在工作条件下的化学和电化学稳定性；燃料和氧化物的渗透率低；价格适中。迄今为止, 人们对很多质子交换膜材料进行了研究, 如全氟磺酸膜、辐射接枝膜、磺化聚合物膜等。

在质子交换膜中，最为常用的质子交换膜是美国杜邦公司的Nafion膜，为一种全氟磺酸膜，该膜对温度和含水量要求高，Nafion系列膜的最佳工作温度为70~90℃，超过此温度会使其含水量急剧降低，导电性迅速下降，而且Nafion系列膜存在成本高、溶胀率高。有技术报道采用无机物装填可以提高耐温性和防止溶胀。如已有采用装填技术将质子交换树脂装填在多孔无机物来提升耐温性。但由于装填法需要使用较多的无机物，从而影响了质子的传输。因此，新型质子交换膜的制备方法的研究受到广泛重视。

中国发明专利申请号201711369923.4公开了一种燃料电池用无机粒子复合型质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜按重量百分比包括如下组分：含有磺化聚醚醚酮93~99%；含有氨基化介孔二氧化硅1~7%；磺化聚醚醚酮和含氨基化介孔二氧化硅。

中国发明专利申请号201610917601.8公开了一种低成本、高性能的有机-无机多层复合质子交换膜的制备方法。该发明基于蒸汽诱导相转变法制备出多孔磺化聚醚醚酮基膜，采用合适溶剂对无机物分子筛进行超声分散处理，最后利用热喷涂技术，成功制备该有机-无机多层复合质子交换膜。该发明所制备的多层复合膜成本低，易于工程化放大，且组装成电池后性能优异，可实际应用到质子交换膜燃料电池领域。

根据上述，现有方案中用于燃料电池的商品名为Nafion的系列全氟磺酸树脂用于质子交换膜时，存在易溶胀、耐温性差、强度低等缺陷。

发明内容

目前应用较广的用于燃料电池的Nafion系列质子交换膜普遍存在易溶胀、耐温性差、强度低等缺陷，制约了Nafion系列质子交换膜的发展和应用，本发明提出了一种卷对卷印刷保护层制备燃料电池质子交换膜的方法，可有效解决上述技术问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种卷对卷印刷保护层制备燃料电池质子交换膜的方法，制备的具体过程为：

（1）将Nafion液与聚醚砜树脂溶液混合均匀，配制得到纺丝液；

（2）将Nafion液、环氧树脂、多孔无机粉体混合均匀，配制得到印刷涂料；

（3）以聚四氟乙烯膜作为静电纺丝的接受基板，将步骤（1）制得的纺丝液在接受基板静电纺丝成膜，再加热干燥，得到厚度为150~200μm的微孔质子交换膜；