【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其是涉及一种质子交换膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、燃料电池装置中，质子交换膜(proton exchange membrane，pem)是燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，pemfc)的核心部件，起到传输质子及隔绝阴阳极燃料气体相互渗透的关键作用。理想的质子交换膜具有的厚度均匀性、良好质子传导率和化学稳定性。
2、全氟磺酸质子交换膜由于其本身独特的化学组成和结构，不仅具有良好的质子传导作用，而且稳定性和寿命都大大优于非氟质子交换膜，因而目前广泛应用于质子交换膜燃料电池中的质子交换膜主要是全氟磺酸质子交换膜。而科研和商业化产品主要采用溶液成膜法制备，将全氟磺酸树脂浇铸或者流延在微孔增强层两侧，经干燥脱除溶剂后成膜。传统工艺在微孔聚四氟乙烯两侧涂覆全氟磺酸树脂，磺酸树脂用量大，成本高。此外，较厚的质子交换膜材料，氧传输阻力大幅度增加，阻碍氧气进入反应点。
3、cn101692487a公开了一种燃料电池用低透气型质子交换膜的制备方法。该方法用超声浸渍-喷涂结合的方法，在膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的表面上复合全氟磺酸树脂，其中超声浸渍是将膨体聚四氟乙烯微孔薄膜浸渍在用超声波震荡的全氟磺酸树脂溶液中；喷涂是将超声浸渍后的膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的两侧表面反复进行覆盖喷涂上料至质子交换膜的厚度达到预定要求。该方法想要获得较高的电化学性能，所需磺酸树脂用量大，整个质子交换膜材料的厚度较高。
4、cn101276917a公开了一种燃料电
5、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种质子交换膜，所述质子交换膜包括第一全氟磺酸树脂层、微孔增强层和第二全氟磺酸树脂层；所述微孔增强层的两侧均设置有第一全氟磺酸树脂层；其中，一侧的第一全氟磺酸树脂层的表面还设置由第二全氟磺酸树脂层；其中，所述第一全氟磺酸树脂的ew值为700-900；所述第二全氟磺酸树脂的ew值各自独立地为900-1100。本专利技术所述质子交换膜，可有效降低成本，减少材料厚度；且制备出含有两种不同ew值的质子交换膜，可根据使用工况定向选择相应保水率和电导率的质子交换膜，减薄质子交换膜厚度，降低氧传输阻力，降低电阻值。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种所述的质子交换膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将微孔增强层浸泡于第一全氟磺酸树脂溶液，进行吸收微溶胀；再于形成的其中一侧第一全氟磺酸树脂层的表面涂覆第二全氟磺酸树脂溶液，依次进行第一次干燥-整平-第二次干燥；进行热压；得到所述的质子交换膜。所述制备方法可根据使用工况定向选择相应保水率和电导率的质子交换膜，减薄质子交换膜厚度，降低氧传输阻力，降低电阻值。
3、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
4、第一方面，本专利技术提供一种质子交换膜，所述质子交换膜包括第一全氟磺酸树脂层、微孔增强层和第二全氟磺酸树脂层；所述微孔增强层的两侧均设置有第一全氟磺酸树脂层；其中，一侧的第一全氟磺酸树脂层的表面还设置有第二全氟磺酸树脂层；
5、其中，所述第一全氟磺酸树脂的ew值为700-900，例如可以是700、720、740、760、780、900等，所述第二全氟磺酸树脂的ew值为900-1100，例如可以是900、920、940、960、980、1000、1020、1040、1060、1080、1100等。
6、在本专利技术中，通过将不同ew值范围的全氟磺酸树脂溶液涂覆在微孔增强层两侧后获得，此方法获得的质子交换膜，制备出含有两种不同ew值的质子交换膜，可根据使用工况定向选择相应保水率和电导率的质子交换膜，减薄质子交换膜厚度，降低氧传输阻力，降低电阻值。
7、优选地，所述第一全氟磺酸树脂层的厚度为1-10μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm等。
8、优选地，所述第二全氟磺酸树脂层的厚度为5-20μm，例如可以是15μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm等。
9、优选地，所述微孔增强层为多孔聚四氟乙烯(e-ptfe)薄膜层。
10、优选地，所述多孔聚四氟乙烯薄膜层的厚度为3-80μm，例如可以是3μm、4μm、6μm、8μm、10μm、20μm、40μm、60μm、80μm等。
11、优选地，所述多孔聚四氟乙烯薄膜层的孔径为2-30μm，例如可以是2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、20μm、30μm等。
12、优选地，所述多孔聚四氟乙烯薄膜层的孔隙率为30-80％，例如可以是30％、40％、50％、60％、70％、80％等。
13、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的质子交换膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
14、将微孔增强层浸泡于第一全氟磺酸树脂溶液，进行吸收微溶胀；再于形成的其中一侧第一全氟磺酸树脂层的表面涂覆第二全氟磺酸树脂溶液，依次进行第一次干燥-整平-第二次干燥；进行热压；得到所述的质子交换膜。
15、在本专利技术中，用微孔聚四氟乙烯浸泡放在电解质树脂，获得两侧带有少量树脂的质子交换膜，再在一侧涂覆不同ew值的全氟磺酸树脂溶液，可有效降低成本，减少材料厚度。同时增加整平工艺，在解质树脂层表面喷洒醇水混合液对树脂层进行整平烘干，可有效改善质子膜表面平整度，有利于降低质子膜与催化层间的接触电阻。
16、优选地，所述第一全氟磺酸树脂溶液、第二全氟磺酸树脂溶液的固含量各自独立地为5-50％，例如可以是5％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％等。
17、优选地，所述浸泡的温度为10-30℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃等，所述浸泡的时间为12-24h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h等。
18、优选地，所述第一次干燥和第二次干燥的温度各自独立地为50-70℃，例如可以是50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃等。
19、优选地，所述第一次干燥的时间为10-30min，例如可以是10min、15min、20min、25min、30min等。
20、优选地，所述第一次干燥至全氟磺酸树脂层含液量在5vol％以下，例如可以是5vol％、4vol％、3vol％、2vol％、1vol％等。
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【技术保护点】
1.一种质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜包括第一全氟磺酸树脂层、微孔增强层和第二全氟磺酸树脂层；所述微孔增强层的两侧均设置有第一全氟磺酸树脂层；其中，一侧的第一全氟磺酸树脂层的表面还设置有第二全氟磺酸树脂层；
2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述第一全氟磺酸树脂层的厚度为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述第二全氟磺酸树脂层的厚度为5-20μm。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述微孔增强层为多孔聚四氟乙烯薄膜层；
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述第一全氟磺酸树脂溶液、第二全氟磺酸树脂溶液的固含量各自独立地为5-50％。
7.根据权利要求5所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述浸泡的温度为10-30℃，所述浸泡的时间为12-24h。
8.根据权利要求5所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求5所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述整平的方式包括以下步骤：向第一次干燥后形成的全氟磺酸树脂层的表面喷洒醇水混合液；
10.一种根据权利要求1-4中任一项所述的质子交换膜的在制备燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜包括第一全氟磺酸树脂层、微孔增强层和第二全氟磺酸树脂层；所述微孔增强层的两侧均设置有第一全氟磺酸树脂层；其中，一侧的第一全氟磺酸树脂层的表面还设置有第二全氟磺酸树脂层；
2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述第一全氟磺酸树脂层的厚度为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述第二全氟磺酸树脂层的厚度为5-20μm。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述微孔增强层为多孔聚四氟乙烯薄膜层；
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：北条竹雅，段雅鑫，吴欣欣，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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