[發(fā)明專利]一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111419136.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN114204084A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳雪梅;賀高紅;崔福軍;陳婉婷;焉曉明;李甜甜;姜曉濱;李祥村;肖武;阮雪華;代巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué);大連理工大學(xué)盤錦產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01M8/1004
• 分類號(hào): H01M8/1004;H01M8/1069;H01M4/88;D04H1/728
• 代理公司: 遼寧鴻文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 苗青

1.一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，采用靜電紡絲法，以中空多孔金屬支撐微管作為接收滾輪，依次電紡纖維化的陽(yáng)極催化層、質(zhì)子交換聚合物纖維層，經(jīng)熱壓形成致密的質(zhì)子交換聚合物纖維層后，再繼續(xù)電紡纖維化的陰極催化層和憎水層，制備電紡中空纖維式質(zhì)子交換膜電極；然后均在中空多孔金屬支撐微管和憎水層上配置集流導(dǎo)體和電極引線，封裝后制備電紡中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池；

所述的中空纖維式是指中空多孔金屬支撐微管的外直徑不大于1mm，管壁孔徑為5-400μm；

所述的電紡纖維化的陽(yáng)極催化層和陰極催化層，是指催化劑、質(zhì)子導(dǎo)體聚合物、憎水聚合物粘結(jié)劑按照重量比為10-150:1-15:0.1-1.5的范圍配制成紡絲漿料，分別電紡在中空多孔金屬支撐微管和質(zhì)子交換聚合物纖維層外表面，形成厚度為5-20μm的催化劑纖維層；

所述的質(zhì)子交換聚合物纖維層，是指將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-30％的質(zhì)子導(dǎo)體聚合物紡絲液，電紡在陽(yáng)極催化層外表面，形成質(zhì)子交換聚合物纖維層，然后在1-5MPa、100-170℃下熱壓形成厚度為5-30μm的致密質(zhì)子交換聚合物纖維層；

所述的電紡纖維化的憎水層，是指碳納米管、碳粉、憎水聚合物粘結(jié)劑按照重量比為1-10:10-100:1-10的范圍配置成紡絲漿料，電紡在陰極催化層外表面，形成厚度為10-50μm的憎水層；

所述的配置集流導(dǎo)體和電極引線，是指在中空多孔金屬支撐微管和憎水層分別焊接、纏繞或印刷集流導(dǎo)體，并引出電極引線；

所述的電紡中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池，是指將電紡中空纖維式質(zhì)子交換膜電極直接封裝成單電池，或者經(jīng)串、并聯(lián)組合后封裝成燃料電池組。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的靜電紡絲參數(shù)如下：高壓靜電場(chǎng)12-40kV，紡絲頭到接收滾輪的間距為5-15cm，滾輪轉(zhuǎn)速為50-500rpm，微量注射泵的推速為0.1-1.5ml/h。

3.權(quán)利要求1或2所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的中空多孔金屬支撐微管可以采用多孔鎳、鈦、不銹鋼或鎳、鈦、不銹鋼質(zhì)的金屬網(wǎng)。

4.權(quán)利要求1或2所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的催化劑為Pt/C、PtRu/C或Pd/C；質(zhì)子導(dǎo)體聚合物為具有磺酸基團(tuán)的聚合物，離子交換容量為0.5-2.0mmol/g；憎水聚合物粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

5.權(quán)利要求3所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的催化劑為Pt/C、PtRu/C或Pd/C；質(zhì)子導(dǎo)體聚合物為具有磺酸基團(tuán)的聚合物，離子交換容量為0.5-2.0mmol/g；憎水聚合物粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

6.權(quán)利要求4所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的具有磺酸基團(tuán)的聚合物為Nafion/聚偏氟乙烯或磺化非氟聚合物。

7.權(quán)利要求5所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的具有磺酸基團(tuán)的聚合物為Nafion/聚偏氟乙烯或磺化非氟聚合物。

8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的印刷集流導(dǎo)體是指通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝將金屬漿料制成集流導(dǎo)體；所述的封裝是指采用耐水粘合劑澆鑄密封，形成陰、陽(yáng)極燃料氣體的進(jìn)、出口。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電紡構(gòu)建中空纖維式質(zhì)子交換膜燃料電池的方法，其特征在于，所述的金屬漿料的材質(zhì)為銅、銀或鈦；所述的耐水粘合劑為環(huán)氧樹脂或硅酮類。