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燃料电池质子交换膜制造技术

发布日期: 2019-07-10
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质子交换膜是燃料电池的核心材料,质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池产业化进程。为了早日实现燃料电池的实用化与产业化,业界在质子交换膜的制造工艺和材料改性方面已经进行了大量的研究。目前,进一步提高质子交换膜的使用耐久性、寿命和工作性能仍然是质子交换膜燃料电池产业化面临的主要任务。

7月3-4日,以“风口上起舞,刀口上前行”为主题的“2019高工氢电产业高峰论坛”在上海浦东嘉里大酒店3楼浦东厅盛大举办,来自车企、电堆及系统、核心材料、关键零部件、设备及氢气制储运等产业链各个环节的超500位企业高层将共聚一堂,围绕产品技术、行业发展趋势及企业应对策略展开深度探讨交流。

在7月4日会议现场,武汉理工大学材料复合新技术重点实验室唐浩林教授发表了“燃料电池质子交换膜制造技术”的主题演讲。

武汉理工大学材料复合新技术重点实验室唐浩林教授

资料显示,武汉理工大学是国内较早开展燃料电池复合质子交换膜工程化制备技术的单位之一,从2003年开始有16年的质子交换膜研究历史。武汉理工大学在全氟磺酸树脂分散技术、高填充度复合质子交换膜制备技术、质子交换膜溶胀应力控制技术和缺陷基团原位消除技术等涉及质子交换膜制备技术、寿命和可靠性的应用基础性研究方面具有较多的积累。

在会议上,唐浩林教授着重讲了质子交换膜的性能需求、树脂溶液的选型与处理、制造技术对膜渗透值的控制、制造技术对膜寿命的优化、张力的控制需求等五个方面。

针对质子交换膜性能需求,唐浩林教授表示,质子电导率是燃料电池电回路电导率的制约因素,要求电导率尽量高,如果是复合质子交换膜,则要求树脂填充度比较高;膜的气密性是决定电池寿命和安全性的核心因素,要求气体渗透尽量小。

树脂溶液的选型与处理方面,商品化全氟磺酸树脂分散液(Dispersion)颗粒度大是导致的复合膜填充度不足、电导率不足的主要原因;制造技术对膜渗透值的控制方面,一般而言,较优化的气体渗透值:氢空电池要求2mAcm-2、氢氧燃料电池要求1mAcm-2。

唐浩林教授还强调,由于在质子交换膜的生产制造过程中,精度要求高、没明显屈服点,多孔PTFE接触浆料收缩,树脂溶剂化膨胀,干燥与热处理收缩明显,所以对装备要求非常高。装备技术的进步对国产质子交换膜的量产应用意义重大。

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