一种有序化质子交换膜及其制备方法与流程

本发明属于，具体涉及一种有序化质子交换膜及其制备方法。

背景技术：

1、膜电极作为pem电解槽(pemwe)的核心部件之一，直接影响电池的性能和耐久性。目前，膜电极主要由催化层和质子交换膜(pfsa)组成。现有技术中，膜电极仍存在制造成本高、催化层易脱落、出现分层等技术问题，且在制备过程中存在工艺一致性不稳定、制备时间长等现象。

2、目前，pem电解槽的主要性能还是依靠膜电极实现，而膜电极(mea)主要由质子交换膜、催化层(cl)及气体扩散层(gdl)组成。其性能主要依赖于负载的催化剂中贵金属的含量及质子交换膜的支撑作用。催化层的制备条件复杂、成本高。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。

2、作为本发明其中一个方面，本发明提供一种有序化质子交换膜，其包括：在质子交换膜阳极一侧的表面设置若干条凹槽。

3、作为本发明所述的有序化质子交换膜的一种优选方案：所述凹槽为条状，各条状凹槽之间以水平阵列方式排布。

4、作为本发明所述的有序化质子交换膜的一种优选方案：以凹槽的顶点(0)到底点(p)的垂直距离的1/2处为界限，凸出于该界限的部分为突出区，凹陷于该界限的部分为受压区，突出区与受压区的面积比为1：0.2～5。

5、作为本发明所述的有序化质子交换膜的一种优选方案：所述凹槽的深度(t)是有序化质子交换膜厚度的1～10％。

6、作为本发明所述的有序化质子交换膜的一种优选方案：所述凹槽包括弯曲条状或直条状。

7、作为本发明所述的有序化质子交换膜的一种优选方案：所述质子交换膜包括全氟磺酸质子交换膜。

8、本发明还提供所述的有序化质子交换膜的方法，其包括，在基膜上涂布树脂浆料，干燥，在干燥后的浆料表面压印若干条凹槽，得到有序化质子交换膜。

9、作为本发明所述的方法的一种优选方案：还包括在基膜上涂布树脂浆料之前先将树脂浆料在55～80℃下保温进行熟化处理。

10、作为本发明所述的方法的一种优选方案：还包括制备增强型质子交换膜，在质子交换膜中间增加若干层膨化聚四氟乙烯增强层，每两层膨化聚四氟乙烯增强层中间均涂布树脂浆料。

11、作为本发明所述的方法的一种优选方案：包括以下步骤，

12、(1)将全氟化树脂加入到溶剂中混合，得到全氟化树脂分散液；

13、(2)将所述全氟化树脂分散液在55～80℃下保温进行熟化处理得到浆料；

14、(3)涂布：在基膜上涂布所述浆料，在浆料上贴合膨化聚四氟乙烯增强层，再依次涂布浆料并贴合膨化聚四氟乙烯增强层，膨化聚四氟乙烯增强层设置为1～4层，最后涂布一层浆料，加热干燥；

15、(4)涂布：压印：在步骤(3)得到的质子交换膜表面压印所述凹槽，之后在120～160℃下加热处理，得到所述的有序化质子交换膜。

16、优选地，步骤(1)中溶剂包括醇溶剂、n，n-二甲基甲酰胺(dmf)；优选地，醇溶剂包括异丙醇和/或正丙醇、n，n-二甲基甲酰胺(dmf)。

17、优选地，涂布于阳极一侧最外层的浆料黏度低于其他层的浆料黏度。

18、优选地，涂布于阳极一侧最外层的浆料黏度为70～140cps。

19、优选地，步骤(3)中，加热干燥的温度为60～90℃。

20、本发明的有益效果：本发明利用质子交换膜制备过程中表面改性手段，用以制备有序化pfsa，构建催化层和质子交换膜的表面通道，从而提高pem电解槽(pemwe)的使用寿命和性能。

技术特征：

1.一种有序化质子交换膜，其特征在于：包括，在质子交换膜阳极一侧的表面设置若干条凹槽。

2.根据权利要求1所述的有序化质子交换膜，其特征在于：所述凹槽为条状；各条状凹槽之间以水平阵列方式排布。

3.根据权利要求1或2所述的有序化质子交换膜，其特征在于：以凹槽的顶点(0)到底点(p)的垂直距离的1/2处为界限，凸出于该界限的部分为突出区，凹陷于该界限的部分为受压区，突出区与受压区的面积比为1：0.2～5。

4.根据权利要求1或2所述的有序化质子交换膜，其特征在于：所述凹槽的深度(t)是有序化质子交换膜厚度的1～10％。

5.根据权利要求1所述的有序化质子交换膜，其特征在于：所述凹槽包括直条状或弯曲条状。

6.根据权利要求1、2或5中任一项所述的有序化质子交换膜，其特征在于：所述质子交换膜包括全氟磺酸质子交换膜。

7.制备权利要求1所述的有序化质子交换膜的方法，其特征在于：包括，在基膜上涂布树脂浆料，干燥，在干燥后的浆料表面压印若干条凹槽，得到有序化质子交换膜。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：还包括在基膜上涂布树脂浆料之前先将树脂浆料在55～80℃下保温进行熟化处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括制备增强型质子交换膜，在质子交换膜中间增加若干层膨化聚四氟乙烯增强层，每两层膨化聚四氟乙烯增强层中间均涂布树脂浆料。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：包括以下步骤，

技术总结本发明公开了一种有序化质子交换膜及其制备方法，其包括在质子交换膜阳极一侧的表面设置若干条凹槽，本发明利用质子交换膜制备过程中表面改性手段，用以制备有序化PFSA，构建催化层和质子交换膜的表面通道，从而提高PEM电解槽(PEMWE)的使用寿命和性能。技术研发人员：王丽,尧克光,王昕,李辉中,薛晓武,李帅,黄金强,王伟受保护的技术使用者：深圳市通用氢能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6