[发明专利]一种高增强型含氟质子或离子交换膜的复合膜电极

说明书

本发明公开一种高增强型含氟质子或离子交换膜的复合膜电极，应用于电池隔膜，应用于电池隔膜，包括至少含有两层微孔增强膜，每层微孔增强膜双面都被含氟质子或离子交换树脂填充，且所述微孔增强膜与含氟质子或离子交换树脂的重量比为5:95～40:60；所述微孔增强膜与含氟质子或离子交换树脂的重量比为10:90～30:70；高增强型含氟质子或离子交换膜的复合膜电极总重在2～500克/平米，其厚度在1微米～300微米；所述高增强型含氟质子或离子交换膜的复合膜电极的拉伸强度双向都要40MPa，其常温离子传导率0.007S/cm，透空气率极低，用Gur ley透气仪测算100毫升空气透过此复合膜电极所需的时间5分钟。

技术领域

本发明涉及一种特种高增强型含氟质子或离子交换膜的复合膜电极。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种可以直接将燃料和化学能转换为电能的高效发电装置，因其相较于传统的电池具有能量转换率高、环境友好、低温启动、低噪音等优点而受到各行业的广泛关注。其核心部件为质子交换膜，处于燃料电池最中心的位置，是为阴极产生的质子传输到阳极提供通道。目前市面使用最多的质子交换膜仍为最早商业化的美国杜邦公司的全氟磺酸Nafion系列膜(25微米厚)主要是采熔融挤出压延拉伸所得。近来美国戈尔公司的Gore-Select膜系列以超薄(25微米厚)单层微孔PTFE增强型膜，主要是以流延涂覆单层微孔PTFE增强型膜而得(参见美国专利号5547551，5599614)，国内有少数企业在仿制。

含氟磺酸树脂分子结构是由碳氟主链以及末端带有磺酸基的支链构成，碳氟键的主链可极化度小，支链上的亲水性磺酸或羧酸基团能够吸附水分子，由于疏水主链和亲水支链强烈的极性差异，膜内部形成微观相分离结构，这种结构对于它的机械性能和传输性能有着重要的作用。因此，全氟磺酸树脂膜具有优异的质子传导能力，低的气体渗透率，良好的机械性能和尺寸稳定性以及与催化层之间较小的接触电阻等基本性能，满足了作为质子交换膜应用的条件。采用磺酸树脂溶液制备质子交换膜的方法较多，例如：流延浇铸法，浸渍法，喷涂法等。目前，质子交换膜及各种增强复合质子交换膜的制备工艺复杂，而且较难实现连续化生产。

专利ZL201010104002.7，公开了一种质子交换膜的制备方法，该方法采用磺化聚醚醚酮与磺化聚醚砜共混形成膜溶液，将膜溶液倒入模具中蒸发溶剂成膜，然后经真空干燥和酸处理得到质子交换膜，其成品膜的制备是一个单元、一个单元进行，生产效率低，生产成本高。

专利ZL200710011141.3，公开了一种新型质子交换膜成型工艺，该方法采用单层膨体聚四氟乙烯微孔薄膜作为基膜，先浸入到低浓度的树脂溶液中，再反复多次浸入高浓度的树脂溶液直至达到合适的膜厚度，该方法生产工艺复杂，效率低，燃料电池的生产和使用成本高，限制了燃料电池的商业化。

专利ZL201710251603.2，公开了一种含氟含氯导电高分子双面填充复合薄膜，然所用制作薄膜方法采用离型纸，在生产高质量薄膜时容易产生因离型纸质带来的毛屑污染。

离型膜是指表面具有分离性的薄膜，离型膜与特定的材料在有限的条件下接触后不具有粘性，或轻微的粘性。通常情况下为了增加塑料薄膜的离型力，会将塑料薄膜做电晕、或等离子处理，接着或做涂离型剂表面改性处理，最常见的是做涂含硅离型剂、或含氟离型剂等于薄膜材质的表层上，让它对于各种不同的有机胶水可以表现出极轻且稳定的离型力。目前，市场上常见的是有机硅离型纸(膜)，都是采用有机硅作为隔离剂，最大缺点是剥离时存在有机硅残留在产品表面的情况。

聚碳酸酯绝缘离型膜也是离型膜中常见的一种,其成分为2,2＇-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯，俗称聚碳酸脂，是分子链中含有双酚A缩聚的碳酸酯基的高分子聚合物。它是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定。因此被广泛的应用于各种领域。但聚碳酸酯绝缘离型膜需要添加其他助剂或涂覆离型剂才能工作。