Proceso de producción de membrana de intercambio de protones (PEM)

Película de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC)Se puede decir que es el dispositivo "inversa" de la electrólisis de agua.Electrólisis de aguaes usar una fuente de alimentación externa para electrolizar agua para producir hidrógeno y oxígeno; Mientras que las celdas de combustible son el proceso de hidrógeno y oxígeno que experimentan reacciones electroquímicas para producir agua y electricidad al mismo tiempo. PEMFC tiene dos polos, electrodo de hidrógeno y electrodo de oxígeno, en el que la membrana de intercambio de protones se usa como electrolito.

Por lo tanto, elMembrana de intercambio de protones (PEM)es uno de los materiales básicos básicos delPelícula de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC). La calidad de su rendimiento determina el rendimiento y la vida útil de la batería. Para lograr un funcionamiento eficiente y estable deceldas de combustible de hidrógeno, se requiere que la membrana de intercambio de protones tenga una alta conductividad de protones, buena estabilidad térmica y estabilidad química, alta resistencia mecánica y durabilidad.

Principio de funcionamiento deMembrana de intercambio de protones

El proceso de preparación de la membrana deMembrana de intercambio de protonesafecta directamente el rendimiento de la membrana. En la actualidad, hay dos procesos principales de preparación de membrana: método de formación de películas de fusión y método de formación de películas de solución.

1. Método de formación de películas para confirmar

El método de formación de películas de fusión, también conocido como el método de extrusión de fusión, es el método más temprano utilizado para prepararMembrana de intercambio de protones de PFSA. El proceso de preparación es derretir la resina y luego formar una película a través de la fundición o calentamiento de extrusión, y luego el producto final se obtiene después del tratamiento de transformación. DuPont primero completó la producción comercial del método de extrusión de fusión.

La película preparada por este método tiene un grosor uniforme, buen rendimiento, alta eficiencia de producción y es adecuada para la producción en masa de películas gruesas. No se requiere solvente durante el proceso de producción, que es ecológico.

2. Método de formación de películas de solución

El método de formación de películas de solución es el método convencional que se utiliza actualmente en investigación científica y productos comerciales. El proceso de preparación general es: disolver el polímero y el modificador en el disolvente y luego fundición o fundición, y finalmente secar y eliminar el solvente para formar una película. El método de formación de películas de solución es adecuado para la mayoría de los sistemas de resina, fácil de lograr la modificación híbrida y el diseño de microestructura, y también se puede utilizar para preparar películas ultra delgadas, por lo que ha atraído mucha atención.

El método de formación de películas de solución se puede subdividir aún más en la fundición de solución, la fundición de la solución y el método SOL-gel de acuerdo con la diferencia en el proceso de fondo.

1) Método de fundición de solución

El método de fundición de la solución es lanzar directamente la solución de polímero en un molde plano y formar una película después de que el disolvente se evapora a una temperatura determinada. Este método es simple y fácil de usar, y se utiliza principalmente para la investigación básica de laboratorio y la formulación precomercial y la optimización de procesos.

2) Método de fundición de solución

El método de fundición de la solución es una extensión del método de fundición de solución y puede usarse para la producción continua a gran escala. Por lo tanto, los productos comerciales actuales (principalmente membranas de intercambio de protones PFSA) utilizan principalmente el método de fundición de soluciones.

El método de lanzamiento de la solución puede lograr una producción continua a través de un proceso de rollo a rollo, que incluye principalmente múltiples procesos como la transformación de la disolución de resina, la fundición de la solución y la formación de películas de secado. En comparación con el método de extrusión de fusión, su proceso es más largo, el proceso es más complicado y el solvente necesita ser reciclado, pero la ventaja es que el rendimiento del producto es mejor y el grosor de la película es más delgado.

2) Método Sol-Gel

El método sol-gel generalmente se usa para preparar membranas compuestas orgánicas inorgánicas, y el proceso Sol-gel se usa para lograr una dispersión uniforme de rellenos inorgánicos en la matriz de polímeros.

El breve proceso de preparación es el siguiente: la membrana homogénea de polímero pre-preparado está hinchada y sumergida en un disolvente de molécula pequeña disuelta con alcóxidos (SI, TI, Zr, etc.), y el óxido inorgánico está en el sitio en la membrana a través del proceso de sol-gel para obtener una membrana compuesta. El rendimiento de la membrana compuesta orgánica-inorgánica realizada de esta manera es generalmente mejor que el de la película de combinación de solución directa. La celda de combustible de hidrógeno hecha de esta película aún puede mantener un funcionamiento estable a una temperatura alta de 130 °, pero es imposible lograr la producción continua a gran escala de la película.