[發(fā)明專(zhuān)利]一種燃料電池增濕器用中空纖維膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110579559.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115400606A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅;甄偉民;沈聰;澹臺(tái)建禮;甄夢(mèng);郭威烔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北金士頓科技有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01D69/08
• 分類(lèi)號(hào): B01D69/08;B01D67/00;B01D71/68;B01D71/72;H01M8/04119
• 代理公司: 石家莊開(kāi)言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 13127
• 代理人: 李志民

本發(fā)明涉及一種燃料電池增濕器用中空纖維膜的制備方法，包括鑄膜液的制備，鑄膜液由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)15?35％聚合物、1?20％的添加劑、50?80％溶劑所組成；聚合物為聚砜，聚醚砜，磺化聚砜，磺化聚醚砜，聚酰亞胺，聚醚酰亞胺及全氟磺酸中的一種或幾種；添加劑為聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮按質(zhì)量比1:2?4組合；溶劑為N,N?二甲基甲酰胺、N,N?二甲基乙酰胺或N?甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。本發(fā)明的鑄膜液加入適當(dāng)組成的添加劑，并控制聚合物的含量，在制備過(guò)程中，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝的條件和步驟，制備的中空纖維膜還具有較高的傳濕效率(50±5％)，而經(jīng)過(guò)保壓測(cè)試，本發(fā)明生產(chǎn)的中空纖維膜通入0.10MPa的氣壓可堅(jiān)持24小時(shí)以上不漏氣，完全滿(mǎn)足燃料電池增濕器的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及中空纖維膜的制備方法，具體是涉及一種燃料電池增濕器用中空纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，擁有能量轉(zhuǎn)化效率高，無(wú)污染及無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。從能源以及生態(tài)保護(hù)角度來(lái)看，燃料電池成為了最具有發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)。隨著石油燃料的日益減少，世界已經(jīng)開(kāi)始走向后石油經(jīng)濟(jì)時(shí)代，新能源、可再生能源作為石油的替代產(chǎn)品，正在快速成長(zhǎng)和發(fā)展。其中，氫能源作為未來(lái)具有廣闊發(fā)展前景的新能源之一，受到越來(lái)越多的關(guān)注。而作為新能源技術(shù)之一的燃料電池，將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，由于減少了能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，具有遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。尤其，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種在常溫下運(yùn)行的燃料電池，以氫氣這一清潔能源作為陽(yáng)極燃料，結(jié)合了氫能與燃料電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有低溫啟動(dòng)、能量密度高、啟動(dòng)快、性能好、零排放等優(yōu)勢(shì)，被公認(rèn)為電動(dòng)交通工具、固定發(fā)電站等的首選，現(xiàn)如今已經(jīng)有了大范圍應(yīng)用的趨勢(shì)。目前，傳統(tǒng)汽車(chē)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用PEMFC替代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，形成無(wú)需充電的新能源汽車(chē)產(chǎn)品推向了市場(chǎng)。

燃料電池效率受到含水量的影響。理論上講，質(zhì)子交換膜只能通過(guò)質(zhì)子，膜材料上有很多磺酸根，只有在濕潤(rùn)的情況下才能有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。一般情況下陽(yáng)極氫氣和陰極空氣都必須增濕，在陰極側(cè)反應(yīng)生成水，在兩側(cè)水濃度梯度差下，水會(huì)經(jīng)過(guò)膜遷移到另一側(cè)。但加濕必須控制濕度，燃料電池的內(nèi)阻會(huì)隨水分子減少而增加，但同時(shí)水分子較多則會(huì)發(fā)生水淹，兩種情況均會(huì)降低燃料電池的轉(zhuǎn)化效率。

目前配合燃料電池使用的增濕器為膜增濕器，膜增濕器所采用的膜為中空纖維膜，中空纖維膜紡絲工藝影響了膜絲的結(jié)構(gòu)，所制備的膜絲存在嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象或傳濕效率低下的問(wèn)題，不能很好地應(yīng)用到燃料電池增濕器。若鑄膜液配料和生產(chǎn)工藝參數(shù)控制不合理，鑄膜液在流動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)不均勻流動(dòng)的現(xiàn)象，致使制備的中空纖維膜壁厚不均、出現(xiàn)嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象或傳濕效率低下的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)、不足，本發(fā)明提供一種燃料電池增濕器用中空纖維膜的制備方法，可制備得到兼顧不易漏氣且傳濕效率較高、能滿(mǎn)足要求的燃料電池增濕器中空纖維膜，以提高燃料電池效率。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種燃料電池增濕器用中空纖維膜的制備方法，其包括：

S1、配制鑄膜液

所述鑄膜液由聚合物、添加劑及溶劑組成，配制過(guò)程為：調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的溫度至50-90℃，將30-50％的溶劑倒入反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)啟慢速攪拌，攪拌速度為5-60rpm；然后沿反應(yīng)釜的側(cè)壁依次加入聚合物和添加劑，加完后，用剩余溶劑清洗反應(yīng)釜內(nèi)壁使沾附在反應(yīng)釜內(nèi)壁的聚合物和添加劑全部進(jìn)入溶劑中，密封反應(yīng)釜，將攪拌速度調(diào)整到100-140rpm，連續(xù)攪拌反應(yīng)5-8h至反應(yīng)釜內(nèi)固體物料全部溶解；