[發(fā)明專利]一種燃料電池保護(hù)膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110907967.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113635578B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃書(shū)斌;吉心紫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江玖邦科技有限公司
• 主分類號(hào): B29D7/01
• 分類號(hào): B29D7/01;H01M8/0284;C08L23/00;C08L23/08;C08J5/18;C08K9/04;C08K9/06;C08K3/34
• 代理公司: 杭州知見(jiàn)專利代理有限公司 33295
• 代理人: 趙越劍

本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池保護(hù)膜的制備方法，所述燃料電池保護(hù)膜由基膜和膠層復(fù)合而成，制備方法包括以下兩種方案：方案一：通過(guò)三層共擠、雙向拉伸的方法制備基膜，當(dāng)制備出的基膜溫度降低到180±50℃時(shí)，在基膜上流延膠層進(jìn)行熱復(fù)合形成復(fù)合層；方案二：將基膜加熱至180±50℃，在基膜上流延膠層進(jìn)行熱復(fù)合形成復(fù)合層。本發(fā)明采用熱活化基膜表面技術(shù)，進(jìn)行膠層與基膜的粘接，采用本發(fā)明提高了膠層與基膜的粘接性能，耐水煮性能顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉燃料電池保護(hù)膜生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃料電池保護(hù)膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著碳中和目標(biāo)的提出，中國(guó)正加快向清潔能源轉(zhuǎn)型。當(dāng)前純電動(dòng)汽車的發(fā)展遇到瓶頸，第一，續(xù)航里程長(zhǎng)期無(wú)法突破；第二，鋰電池能量密度太低，若以多堆電池的增加航程，會(huì)造成過(guò)多能量浪費(fèi)在運(yùn)輸電池本身的情況，能量密度的提升會(huì)涉及到安全極限。而氫能電池汽車正好克服鋰電池汽車缺點(diǎn)，其良好的環(huán)境相容性、能量轉(zhuǎn)換效率高、噪音低、加氫速度快，無(wú)需充電等特點(diǎn)，被視為最有前景的清潔能源汽車。

氫能電池單個(gè)燃料電池單元輸出功率小，一般是通過(guò)將多個(gè)燃料電池單元以串聯(lián)方式層疊組件構(gòu)成電堆來(lái)提高整體輸出功率。因此，電堆是由雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封超薄耐久性保護(hù)材料，經(jīng)過(guò)前、后端板壓緊后用螺栓栓牢，構(gòu)成的復(fù)合組件。保護(hù)膜要求具有阻隔水汽和耐腐蝕，高性能的保護(hù)膜對(duì)提升膜電極隔水和使用壽命極其重要。

質(zhì)子交換膜工作溫度低，比功率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，公認(rèn)為優(yōu)異的氫燃料反應(yīng)場(chǎng)所。質(zhì)子交換膜目前采用全氟磺酸膜Nafion，質(zhì)子交換膜厚度需要一般在10-200μm，電池單體厚度薄。1.氫燃料電池電化學(xué)過(guò)程是H₂和O₂在質(zhì)子交換膜外側(cè)的膜電極處發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成水的過(guò)程，產(chǎn)物水中含有離子，一旦產(chǎn)物水與外部金屬件形成通路會(huì)導(dǎo)致漏電產(chǎn)生，影響電池效率；2.水在低于零度下，結(jié)冰產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力直接作用在質(zhì)子交換膜上，會(huì)對(duì)質(zhì)子膜產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。目前是將質(zhì)子交換膜和膜電極采用保護(hù)膜進(jìn)行整體貼合熱壓密封。保護(hù)膜中間鏤空，保證氣體擴(kuò)散和電流傳輸。保護(hù)膜需要1.耐水熱性能。氫燃料電池產(chǎn)物為水，且質(zhì)子交換膜長(zhǎng)期在70-80℃下運(yùn)行，這就要求保護(hù)膜具有長(zhǎng)期耐水熱性能。2.耐酸性能。產(chǎn)物水中和膜電極處含有離子，與膜電極接觸的保護(hù)膜具有長(zhǎng)期的耐酸性能。

現(xiàn)有燃料電池保護(hù)膜的生產(chǎn)工藝為：采用雙向拉伸PEN膜或者低收縮、高強(qiáng)度的PET膜基材卷繞安裝在機(jī)臺(tái)開(kāi)卷輥上，通過(guò)將膠層流延或者淋膜到雙向拉伸PEN膜或者低收縮、高強(qiáng)度的PET膜基材上，形成膠層與基材的復(fù)合層。考慮到氫燃料電堆空間位置，保護(hù)膜一般采用超薄基材，基材覆膜面的表面進(jìn)行電暈或者等離子處理，然后將有機(jī)樹(shù)脂(膠層)通過(guò)擠出流延法或者淋膜法在基材覆膜面覆膜。基材厚度為10-30μm，樹(shù)脂膜(膠層)厚度為10-30μm。

1.基材覆膜面經(jīng)過(guò)電暈處理或等離子處理后，表面容易形成靜電，會(huì)粘附空氣中灰塵；在覆膜過(guò)程中容易基材形成基材褶皺，影響有機(jī)樹(shù)脂覆膜工藝。2.經(jīng)過(guò)電暈處理或等離子處理的基材覆膜面有較弱的極性鍵，但此極性鍵有親水性。在保護(hù)膜貼合熱壓密封后，基材覆膜面的極性鍵可與有機(jī)樹(shù)脂形成較強(qiáng)的初始粘接性能，但長(zhǎng)期的熱水環(huán)境下應(yīng)用會(huì)使得基材覆膜面的極性鍵發(fā)生失效，耐水熱性能不佳。3.有機(jī)樹(shù)脂膜厚度較薄，通過(guò)擠出流延法或者淋膜法在基材覆膜面覆膜過(guò)程中，溫度的突然下降，容易造成有機(jī)樹(shù)脂膜發(fā)生快速收縮，甚至?xí)诨母材っ娌糠治恢贸霈F(xiàn)有機(jī)樹(shù)脂缺失現(xiàn)象。4.保護(hù)材料膠面在與質(zhì)子交換膜進(jìn)行整體貼合熱壓密封時(shí)，易造成四邊發(fā)生溢膠，影響熱壓密封效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池保護(hù)膜的制備方法，提高生產(chǎn)效率，提高成膜質(zhì)量，提高產(chǎn)品的耐水煮性能和耐酸性能，從而顯著提升產(chǎn)品壽命。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種燃料電池保護(hù)膜的制備方法，所述燃料電池保護(hù)膜由基膜和膠層復(fù)合而成，制備方法包括以下兩種方案：