含氟塑料膜在电池中的应用

2022/12/12北京化工大学1氟塑料薄膜

在光伏电源和燃料电池中的应用苑会林北京化工大学材料科学与工程学院电话：13901251123010-64421095Email：yuanhuil@263.net通信地址：北京市北三环东路15号57信箱邮政编码：100029PVDF电池背板膜及全氟磺酸离子交换膜的制作与应用光伏电源燃料电池钒电池薄膜制作方法太阳能光伏电源晶体硅EVA胶玻璃TPT(Tedlar/PET/Tedlar)太阳能电池的结构EVA胶

EVAEPT PET

THV为替换现有背膜而专门设计的EPT风力发电2022/12/12北京化工大学52022/12/12北京化工大学6钒电池钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（VanadiumRedoxBattery，缩写为VRB）太阳能光伏发电系统充电控制系统用电系统钒电池放电控制系统钒电池原理图2022/12/12北京化工大学72022/12/12北京化工大学8离子膜钒电池的隔膜一般选用杜邦公司Nafion117，它具有电阻低、钒离子不能通过的特点，有良好的离子导电性和化学稳定性，有一定的机械强度，但是有部分透水，而且价格贵，隔膜成本占了整个电堆的60%～70%，因此隔膜的国产化和其他隔膜的改性处理是钒电池隔膜的发展方向和解决重点燃料电池电子设备2瓦输出能力的电池水燃料电池所能提供的电能是甲醇燃料电池的8倍与锂离子电池相比，水燃料电池的充电时间相当，容量则大上数倍，因此手机的待机时间也可以延长至数星期乃至一两个月，通话时间也可以不再用小时计算。燃料电池电子设备应用东芝设计研发的笔记本燃料电池，甲醇作为燃料，50CC的甲醇可以连续使用5小时，超过锂电池两倍以上。燃料电池的另一个好处是只需填充燃料，而不必像锂电池那样再次充电。燃料电池中的甲醇依靠含二氧化碳的氧气的化学反应产生电能，排出物就是水，属于无公害能源。东芝燃料料电池供供电的笔笔记本样样机燃料电池池电子设备备LG已成功研研制出可可持续使使用10小时的笔笔记本燃燃料电池池。燃料电池池电子设备备日立开发发出如AA电池一般般大小的的燃料电电池内藏藏50立方厘米米的甲醇醇，能让让普通的的PDA产品坚持持使用6-8个小时。。燃料电池池在汽车车上应用用布什：美美国要戒戒“石油油瘾”在在加州州力推氢氢能源汽汽车美国总统统布什在在加利福福尼亚州州首府发发表讲话话，呼吁吁国人改改变习惯惯，尽快快从传统统的汽车车转换到到更清洁洁的氢能能源汽车车。本田的氢氢动力车车FCX本田的ＦＦＣＸ氢氢动力车车已经在在美国加加利福尼尼亚州获获准上市市。燃料电池池在汽车车上应用用上海神力力科技有有限公司司120KW第三代燃燃料电池池大巴发发动机和和车上海神力力科技有有限公司司承担了了国家863计划“燃燃料电池池发动机机”项目目燃料电池池汽车2022/12/6北京化工大大学19燃料H2(氢气)废弃燃料循循环+H+H+H+H-O-O-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e2H2O2H2O空气+水蒸气空气中的O2(氧气)加热（85℃）水或者空气气冷却接电路（效率40~60%）质子交换膜膜流场板催化剂催化剂气体分散电电极（阳极极）流场板-e-e气体分散电电极（阴极极）PEMFC特点:无噪音、零零污染、无无腐蚀、寿寿命长、比比功率大、、能量效率率高、工作作温度低、、启动速度度快光活性单体用途广泛、、前景广阔阔、市场潜潜力巨大、、对产业结结构升级、、环境保保护及及经济的可可持续发展展均有重要要意义发展的最快快的燃料电电池可望数数年内取得得商业应用用最有希望望成为汽车车动力源PEMFC燃料电池隔隔膜-全氟氟磺酸离子子膜氢燃料电池池钒电池甲醇电池离子膜电解解食盐水隔隔膜全氟磺酸离离子交换膜膜介绍PEMFC具有:功率密度高高(0.1~0.2kW/kg)、工作电流流密度大(1~4A/cm2)、工作温度度低(80~100℃℃)、启动速度度快(一般只需几几秒)等优点另外由于采采用聚合物物作为电解解质，没有有电解液泄泄漏及腐蚀蚀的问题，，环境污染染小，使用用寿命较长长，其用途途十分广泛泛，符合人人类社会可可持续发展展的要求，，具有很强强的技术生生命力。全氟磺酸质质子交换膜膜的研究现现状DUPONT公司申请的的美国专利利US3282875最早(1966年)揭示了全氟氟磺酸树脂脂的制备方方法于1994年，该公司司又发明了了一种在溶溶液和本体体聚合的方方法，该方方法表明引引发剂应采采用高氟化化或全氟化化物质，且且引发剂必必须能溶于于反应混合合物，溶液液聚合的引引发剂可以以是(CF3CF2COO)2，也可以是是过氧化物物、偶氮化化物等，该该方法所得得到的聚合合物在较低低的EW时有较低的的熔体质量量流动速率率。2022/12/6北京化工大大学24全氟磺酸质质子交换膜膜的研究现现状日本AsahiGlass公司也研究究全氟磺酸酸树脂的制制备方法。。1997年，该公司司申请的日日本专利该公司还还在2005年公开的的世界专专利WO200537879，将全氟氟碳聚合合物单体体在聚合合物引发发剂和链链转移剂剂的作用用下进行行聚合燃料电池池业的巨巨头Ballard公司于2002年申请了了全氟离离子交换换树脂的的美国专专利S6841284。其将不不溶于水水的全氟氟胺植入入膜中，，可提高高电化学学性能，，且非毒毒、不易易燃、惰惰性，且且易于处处理。2022/12/6北京京化化工工大大学学25全氟氟磺磺酸酸质质子子交交换换膜膜的的研研究究现现状状对于于全全氟氟磺磺酸酸树树脂脂成成膜膜方方式式，，德德国国FuMA-Tech公司司研研发发了了一一种种新新方方法法，，其其述述及及可可将将以以DMSO等为溶溶剂的的溶液液中得得到的的全氟氟磺酸酸树脂脂制成成燃料料电池池膜。。首先先在惰惰性氛氛围中中，加加热5%胶束的的Nafion醇溶液液，除除去并并连续续替换换醇溶溶剂，，然后后通过过背面面辊涂涂方法法制成成26μμm的膜。。DUPONT公司的的Nafion膜产品品分为为液体体浇铸铸和挤挤出流流延成成膜两两种，，液体体浇铸铸时，，全氟氟磺酸酸树脂脂溶液液刮涂涂在离离型膜膜上，，离型型膜设设备将将膜传传输至至自动动MEA设备处处理，，收卷卷时附附上面面膜保保护其其免受受环境境污染染2022/12/6北京化化工大大学262022/12/6北京化化工大大学27全氟磺磺酸离离子交交换膜膜的制制备成型方方法主主要有有两种种：熔融挤挤出法法溶液流流延法法熔融挤挤出法法，该该工艺艺制得得的薄薄膜不不但厚厚度均均匀、、性能能好，，而且且制备备效率率高，，可大大规模模工业业化生生产，，但目目前仅仅被美美国和和日本本的少少数几几家公公司所所掌握握。2022/12/6北京化工工大学28流延法制制备全氟氟磺酸离离子交换换膜溶液流延延法制膜膜可分为为挤出流延延法溶液钢带带流延法法两种凝胶挤出出流延法法将全氟磺磺酸树脂脂与适当当的溶剂剂按照一一定配比比配成混混合凝胶胶后经挤挤出机熔熔融挤出出流延成成膜，再再经热的的流延辊辊和热烘烘道蒸发发溶剂获获得全氟氟磺酸离离子膜。。2022/12/6北京化工工大学29凝胶挤出出法制备备全氟磺磺酸离子子膜工艺艺流程图图2022/12/6北京京化化工工大大学学30熔融融挤挤出出流流延延法法将全全氟氟磺磺酸酸树树脂脂加加入入单单螺螺杆杆挤挤出出机机熔熔融融挤挤出出，，并并通通过过流流延延机机头头挤挤出出流流延延成成膜膜，，通通过过三三辊辊上上光光机机牵牵引引并并定定型型冷冷却却。。或或在在三三辊辊压压光光机机上上直直接接与与聚聚四四氟氟乙乙烯烯网网络络布布等等基基材材复复合合，，然然后后再再经经化化学学处处理理转转型型为为离离子子型型或或酸酸型型。。该方方法法简简化化工工艺艺过过程程，，而而且且减减少少树树脂脂在在高高温温下下氧氧化化降降解解的的问问题题，，更更有有利利于于工工业业化化生生产产。。2022/12/6北京化化工大大学31全氟磺磺酸离离子膜膜薄膜膜挤出出设备备溶液钢钢带流流延法法制备备全氟氟磺酸酸离子子交换换膜是在高高温高高压的的条件件下将将全氟氟磺酸酸离子子交换换树脂脂溶解解在高高沸点点溶剂剂或高高沸点点溶剂剂/辅助溶溶剂的的混合合物中中后制制备出出树脂脂的成成膜溶溶液后后，然然后采采用钢钢带流流延法法将成成膜溶溶液刮刮涂到到流延延钢带带上去去，通通过干干燥设设备将将溶剂剂除去去后成成膜。。该方方法操操作简简单，，膜厚厚可控控流延设设备2022/12/6北京化工工大学342022/12/6北京化工大大学35太阳能电池池背板用PVDF膜介绍太阳能电池池背膜的作作用免维护自洁洁保护功能能绝缘性能耐(湿热、干热热、紫外)、水蒸气、氧氧气阻隔等等性能PVDF膜在太阳能能电池背膜膜中的应用用由于PVDF的含氟量高高，其耐耐候性、阻阻隔性以及及加工适应应性都优于于其他氟材材料；用波长为200～400nm的紫外灯照照射1年，其性能能基本不变变；在室温下不不受酸、碱碱等强氧化化剂和卤素素腐蚀；PVDF熔融与热分分解两者间间温差大，，因而容易易成型加工工，能够挤挤出流涎成成性能较好好的薄膜2022/12/6北京化工大大学37太阳能电池池背膜的发发展现状背膜用量“Kynar-PET-Kynar（KPK）背板结构构该产品自2008年推向市场场以来，已已被欧洲和和亚洲主要要的光伏组组件生产厂厂商广泛采采用Tedler-PET-Tedler（TPT）背板结构构Dupont公司传统产产品，已在在光伏组件件生产厂商商应用多年年，由于市市场需求激激增，现在在供不应求求。PVDF与PVF比较PVDFPVF氟碳比F/C1.58/10.5/1氟含量%F59.341.3氧指数LOI>60%23阻燃等级UL-94V-0HB渗透指数(60°°C)4.07.5

背膜的应用用现状以台虹、赛赛伍、乐凯凯、汇通为为代表的背背膜企业主主要采取以以PVF、PVDF或ETFE等氟膜与PET基材通过胶胶粘剂粘结结复合而制制备复胶型型背膜，但但其氟膜基基本依赖进进口。以苏州中来来、哈氟龙龙、福斯特特等为代表表的背膜企企业通过以以四氟树脂脂(PTFE)或三氟氯乙乙烯树脂(CTFE)为主体树脂脂的涂料采采取涂覆方方式与PET基材复合而而开发制备备涂覆型背背膜，在背背膜成本与与技术方面面具有较大大优势。其其部分产品品已在国内内外光伏企企业得到广广泛应用。。太阳能电池池板用PVDF背膜研究由于PVDF膜表面能低低，为非极极性，膜表表面与水无无氢键作用用，故有极极强疏水性性，难以与与其他基材材粘接，大大大限制了了其应用范范围。通过采用亚亚克力亲水水改性对PVDF树脂进行粘粘接改性。。同时采用多多层共挤流流延法制备备出聚偏氟氟乙烯复合合膜。2022/12/6北京化工大大学41复合膜的结结构示意图图PVDF纯膜PVDF粘结改性层层EVA粘结层2022/12/6北京化工大大学42PVDF

纯膜PVDF粘结改性层EVA粘结层优点该技术与现现有技术相相比，具有有如下：1）本技术采采用多层共共挤出流延延的方式制制取聚偏氟氟乙烯复合合膜，这使使产品既具具有了PVDF本身的良好好的耐候性性、抗紫外外线性能和和优良的力力学性能。。同时，产产品又具有有EVA良好的黏结结性能，能能够与太阳阳能背板其其他基材很很好的黏结结在一起。。2022/12/6北京化化工大大学43流延法法的优优点2）本技技术自自动化化程度度高、、操作作简单单，可可实现现大规规模连连续化化生产产，且且工艺艺可控控性高高，制制品质质量稳稳定，，成膜膜速度度快、、生产产效率率高，，所得得薄膜膜强度度高、、性能能好，，可完完全满满足实实际使使用要要求。。目前该该技术术已经经申请请国家家发明明专利利。专专利申申请号号：201110043357.4。目前前该项项目已已进入入中试试放大大生产产阶段段。2022/12/