制備水氣傳輸膜的方法技術

本發明專利技術涉及制備水氣傳輸膜的方法。具體地，描述了一種用于制造水氣傳送膜的方法。所述方法可包括：提供兩塊片材，每塊片材包括其上具有離聚物層的支撐層；將溶劑施加到至少一塊片材；和使兩塊片材的離聚物層接觸，以形成在兩個支撐層之間包括復合離聚物層的復合膜。還描述了一種復合膜。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般涉及一種燃料電池增濕器單元，尤其涉及增濕器內的透水膜的構造以及制造所述透水膜的方法。
技術介紹
在許多燃料電池系統中，在氧(諸如以·大氣中的氧的形式)通過單獨的流場供應至燃料電池的陰極側的同時，氫或者富氫氣體通過流場供應至燃料電池的陽極側。合適的催化劑(例如鉬)典型地設置成多孔擴散介質上的層，所述多孔擴散介質典型地由碳的織物或紙制成，使得這樣的組合具有彈性、導電性和透氣性。催化擴散介質用于促進陽極側的氫的氧化和陰極側的氧的還原。在離子化的氫穿過位于陽極和陰極的擴散介質之間的另一介質的同時，由氫在陽極處的離解產生的電流從擴散介質的催化部分穿過單獨的電路，使得其可以是有用功的源。在這樣的通過發生時，離子化的氫與離子化的氧在陰極處結合，從而形成作為反應副產品的高溫水氣。在稱作質子交換膜或聚合物電解質膜(在這兩種情形中都稱為PEM)燃料電池的一種形式的燃料電池中，用于離子化的氫通過的介質是以全氟磺酸 (PFSA)離聚物膜(諸如，Nafion )形式的電解質。在相反側上由催化擴散介質包圍的膜的分層結構通常稱為膜電極組件(MEA)，并形成單個燃料電池。許多這樣的單個電池可結合以形成燃料電池組，從而提高其功率輸出。燃料電池、尤其PEM燃料電池需要平衡的水位，以確保正常操作。例如，避免在燃料電池中具有可能導致反應物流場通道的溢流或相關阻塞的太多的水是非常重要的。另一方面，太少的水合作用限制了膜的導電性，并可能導致過早的電池失效。在維持水位的平衡中增加難度的是在燃料電池中會發生同時增加和降低局部與全局的水合作用水平的許多相矛盾的反應。確保整個燃料電池的足夠的水合作用水平的一種方法包括在反應物進入燃料電池之前潤濕反應物中的一種或兩者。例如，存在于陰極排氣中的殘留水可與合適的增濕裝置一起使用，以降低陽極、PFSA離聚物膜或陰極入口脫水的可能性。一種這樣的增濕裝置是水氣傳輸(WVT)單元，其還可稱為膜增濕器、燃料電池增濕器或相關的組件。WVT單元從濕潤的燃料電池排氣流路提取水分，并將其放到濕度低的反應物供料路徑中。濕側與干側的反應物流路(例如，陰極排氣裝置和陰極入口)通過一個或多個分隔器(又被稱為隔板)在 WVT單元中彼此濕氣交換地連通。在特定的制造方法中，分隔器被連續地形成為一卷，具有一對平坦多孔層以及一支撐物，由放置在它們之間的細長條帶間隔開。從該連續的卷， WVT單元可被切割成特定的燃料電池應用所需的尺寸和形狀。可在美國專利7，749，661和 7，875，396以及公開的美國專利申請2009/0092863中找到WVT單元的示例，所述美國專利以及公開的美國專利申請被轉讓給本專利技術的受讓人，并且所述美國專利以及公開的美國專利申請的全部內容在此以引用的方式全文并入。濕氣交換在WVT單元中一般通過利用設置在相鄰的高濕度與低濕度流體流路之間的離聚物膜來實現，所述相鄰的高濕度與低濕度流體流路形成在分隔器中。大體上平坦的膜(其在結構上可類似上述PFSA膜)在禁止例如通過流路輸送的陰極輸入物和陰極排氣的兩種流體的直接混合的同時，允許水氣從一側的較高濕度流體傳遞到另一側的較低濕度流體。在一種形式的構造中，離聚物膜附接至相鄰的支撐層(其可以是膨體聚四氟乙烯 (ePTFE)或相關材料的薄層)，以提高提高膜與支撐物的堅固性與可操縱性，以及避免離聚物徙動到多孔支撐物中。盡管這樣分層，但是該組合仍然易碎，其中，在一種典型的形式中， 在支撐物(例如由膨體聚四氟乙烯(ePTFE)制成)可為大約10微米至30微米厚并且當與散布物接觸時萎縮至大約5微米至大約20微米厚的同時，離聚物膜可在3微米與10微米厚之間。與WVT單元制造相關的現有工藝可使離聚物膜和支撐物經受過多的處理和相關的苛刻狀況，其可能通過諸如穿越(crossover)之類的失效模式危害膜的完整性。同樣地， 終止于廢棄相當大部分的離聚物膜現有工藝則導致了浪費和相關成本的增加。如上所述， 以卷的形式生產分隔器；在這樣的形式中，離聚物膜位于支持材料構成的支撐層上，作為隔板制造工藝的一部分，所述支撐層必需被去除。這些特征大大增加了將離聚物膜結合到WVT 單元中的總成本。因而，減少與這樣的膜材料相關的處理和成本問題的方法是優選的。
技術實現思路
本專利技術的一個方面是一種制造水氣傳送膜的方法。在一個實施例中，該方法包括 提供兩塊片材，每塊片材包括其上具有離聚物層的支撐層；將溶劑施加到至少一塊片材； 和使兩塊片材的離聚物層接觸，以形 成在兩個支撐層之間包括復合離聚物層的復合膜。本專利技術的另一方面是一種復合膜。在一個實施例中，復合膜包括在一對支撐層之間的復合離聚物層，復合離聚物層包括至少兩個離聚物子層。本專利技術還包括以下方案1. 一種制造水氣傳送膜的方法，包括提供兩塊片材，每塊片材包括其上具有離聚物層的支撐層；將溶劑施加到至少一塊片材；以及使所述兩塊片材的離聚物層接觸，以形成在兩個支撐層之間包括復合離聚物層的復合膜。2.根據方案I所述的方法，其中，所述溶劑被施加至所述支撐層。3.根據方案I所述的方法，其中，所述溶劑是乙醇。4.根據方案I所述的方法，其中，所述溶劑是異丙醇。5.根據方案I所述的方法，還包括使所述復合膜變干。6.根據方案I所述的方法，其中，所述復合離聚物層具有大于大約5微米的厚度。7.根據方案I所述的方法，其中，所述支撐層是膨體聚四氟乙烯ePTFE。8.根據方案I所述的方法，其中，提供兩塊片材，每塊片材包括其上具有所述離聚物層的所述支撐層，所述方法包括將離聚物層涂布在支持層上；將所述支撐層施加至所述濕的離聚物層；使具有所述支撐層的所述濕的離聚物層變干；以及去除所述支持層。9.根據方案1所述的方法，其中，所述復合膜具有至少大約10，000 GPU的壽命開始階段水氣傳輸。10.根據方案1所述的方法，其中，所述復合膜具有至少大約14，000 GPU的壽命開始階段水氣傳輸。11.根據方案1所述的方法，其中，所述復合膜具有至少大約16，000 GPU的壽命開始階段水氣傳輸。12.根據方案1所述的方法，其中，兩個所述離聚物層由不同的離聚物制成。13.根據方案1所述的方法，其中，兩個所述支撐層由不同的材料制成。14. 一種制造水氣傳送膜的方法,包括將離聚物層涂布在支持層上；將支撐層施加至所述濕的離聚物層；使所述濕的離聚物層變干；去除所述支持層，以形成包括支撐層的片材，所述支撐層上具有離聚物層；將溶劑施加到至少一塊片材的所述支撐層；以及使兩塊片材的所述離聚物層接觸，以形成在所述第一和第二支撐層之間包括復合離聚物層的復合膜。15.根據方案14所述的方法，其中，所述復合膜具有至少大約10，000 GPU的壽命開始階段水氣傳輸。16.根據方案14所述的方法，其中，所述兩個離聚物層由不同的離聚物制成。17.根據方案14所述的方法，其中，所述兩個支撐層由不同的材料制成。18. 一種復合膜，包括在一對支撐層之間的復合離聚物層，所述復合離聚物層包括至少兩個離聚物子層。19.根據方案18所述的復合膜，其中，所述兩個離聚物子層由不同的離聚物制成。20.根據方案18所述的復合膜，其中，所述對的支撐層由不同的材料制成。21.根據方案18所述的復合膜，其中，所述復合膜具有至少大約10，000 GPU的壽命開始階段水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造水氣傳送膜的方法，包括：提供兩塊片材，每塊片材包括其上具有離聚物層的支撐層；將溶劑施加到至少一塊片材；以及使所述兩塊片材的離聚物層接觸，以形成在兩個支撐層之間包括復合離聚物層的復合膜。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：AM布倫納，SM克拉法姆，L鄒，TJ富勒，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：