[發明專利]一種無機粘結劑硅酸鈉制備低溫燃料電池用膜的制備方法

在審

• 申請號: 201611174147.8
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN108232224A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 朱晶;李俊嬌;朱斌
• 申請（專利權）人: 南京蘊納納米科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0202
• 分類號: H01M8/0202;C09D1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種無機粘結劑硅酸鈉制備低溫燃料電池用膜的制備方法。該制備方法的步驟是：采用硅酸鈉水溶液作為液相及粘結劑，將粉末狀的制膜材料調制成漿料；通過噴涂法、印刷法或轉印法等將膜漿料附著在陶瓷、金屬或硅片等各種材質的襯底上，制成涂覆膜；或者通過澆鑄法或流延法等直接制備成膜；將膜在一定溫度下進行脫水與固化處理。本發明降低了燃料電池及太陽能電池用膜的燒結成型溫度，有效降低了涂覆膜和直接成型膜在制備過程中出現的破碎現象，提高了膜的氣密性、機械強度和附著性，增強了膜的離子傳導，提高了電池性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域和太陽能電池領域，具體為一種無機粘結劑硅酸鈉制備低溫燃料電池用膜的制備方法。

背景技術

隨著傳統化石燃料的不斷消耗和環境問題的日趨嚴重，清潔的可再生能源如太陽能和氫能等受到人們越來越高的重視。作為一種清潔、高效的能源載體，氫能和太陽能成為世界各國政府和企業研發機構的研究熱點。目前燃料電池和太陽能電池作為一種能分別將氫能和太陽能轉為電能的高效轉換裝置，已成為世界能源利用領域的研究熱點。但傳統的燃料電池裝置因造價高、運行條件苛刻等因素導致造價及運行成本昂貴，無法進行產業化生產和廣泛應用。因此新型結構的轉換裝置和廉價的制造材料成為燃料電池領域的研究熱點。與傳統的能源-電能轉換裝置相比，新材料新結構的轉換裝置具有結構簡單、造價低、運行成本低、易于維護等優點，為燃料電池的產業化生產和廣泛應用起到了推動作用。

將原材料制備成膜的工藝是燃料電池和太陽能電池制造的核心工藝。電池的造價和性能主要由成膜工藝決定，其中膜漿料的配置是膜制備的關鍵技術。傳統的電池膜配方中多采用乙基纖維素、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛等有機物作為粘結劑。待干燥成膜后，因有機粘結劑的電子、離子絕緣性，為了不影響電池的電性能，需要進行脫膠處理，使膜中的有機粘結劑完全分解。同時，為了增強膜的致密性、機械強度及附著性，并保持膜的完整性，在傳統燃料電池制造中，需要在嚴格的升溫要求和煅燒條件下通過不低于1000℃的煅燒來實現；同樣，在太陽能電池制造中，為了增強膜的附著性并保持膜的完整性，也需要在嚴格的升溫要求和煅燒條件下通過不低于500℃的煅燒來實現。并且，隨著上述膜的尺寸的增大，退膠煅燒的工藝要求越嚴格，故成為電池造價高居不下的原因之一。并且，隨著新材料的研發，出現可在低溫下(低于600℃)制造并運行的新型結構燃料電池，但由于無法進行高溫燒結，膜的氣密性、機械強度及附著性都明顯降低，從而影響了電池的穩定性。

發明內容

本發明的目的是提供一種無機粘結劑硅酸鈉制備低溫燃料電池用膜的制備方法，降低了燃料電池及太陽能電池用膜的燒結成型溫度，簡化了膜的制備工藝和技術要求，有效降低了膜在制備過程中出現的破碎現象，并且提高了低溫燃料電池用膜的氣密性、機械強度和附著性，增強了膜的離子傳導，提高了電池性能。

本發明通過以下技術方案實現：

所述膜的制備包括涂覆膜的制備和直接成型膜的制備。將一定濃度的硅酸鈉水溶液作為液相與粉末狀的制膜材料按照一定比例混合，并加入分散劑，充分攪拌后使其形成均勻的膜漿料。采用噴涂法、絲網印刷法、轉印法等膜漿料附著在陶瓷、金屬或硅片等各種尺寸及材質的襯底上；或者采用澆鑄法、流延法等使膜漿料直接形成具有一定厚度的各種形狀及尺寸的膜；將上述膜進行固化處理，使其具有良好的防水性、機械強度和附著性。

所述硅酸鈉水溶液的質量分數為2-70％；所述的膜漿料配方為粉末狀的固態制膜材料與硅酸鈉水溶液按照1∶20-5∶1的體積比混合；采用松油醇或三乙醇胺等作為分散劑，并且按其與硅酸鈉水溶液1∶200-1∶2的體積比，逐漸加入漿料中；所述的固化處理為將膜在空氣氣氛下，在100℃-600℃下進行固化處理20-180min。

本發明提供一種無機粘結劑硅酸鈉制備低溫燃料電池用膜的制備方法。該方法包括以下幾個步驟：

(1)將固體硅酸鈉制備成質量分數為2-70％的硅酸鈉水溶液。

(2)采用上述溶液作為液相及粘結劑，將粉末狀的制膜材料調制成漿料。