含氟塑料膜在電池中的應(yīng)用

2024/1/30北京化工大學(xué)1氟塑料薄膜

在光伏電源和燃料電池中的應(yīng)用苑會(huì)林北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院電話：13901251123010-64421095Email：yuanhuil@263.net通信地址：北京市北三環(huán)東路15號(hào)57信箱郵政編碼：100029PVDF電池背板膜及全氟磺酸離子交換膜的制作與應(yīng)用光伏電源燃料電池釩電池薄膜制作方法太陽(yáng)能光伏電源晶體硅EVA膠玻璃TPT(Tedlar/PET/Tedlar)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)EVA膠

EVAEPT PET

THV為替換現(xiàn)有背膜而專門設(shè)計(jì)的EPT風(fēng)力發(fā)電2024/1/30北京化工大學(xué)52024/1/30北京化工大學(xué)6釩電池釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池（VanadiumRedoxBattery，縮寫(xiě)為VRB）太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)充電控制系統(tǒng)用電系統(tǒng)釩電池放電控制系統(tǒng)釩電池原理圖2024/1/30北京化工大學(xué)72024/1/30北京化工大學(xué)8離子膜釩電池的隔膜一般選用杜邦公司Nafion117，它具有電阻低、釩離子不能通過(guò)的特點(diǎn)，有良好的離子導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，但是有部分透水，而且價(jià)格貴，隔膜成本占了整個(gè)電堆的60%～70%，因此隔膜的國(guó)產(chǎn)化和其他隔膜的改性處理是釩電池隔膜的發(fā)展方向和解決重點(diǎn)燃料電池電子設(shè)備2瓦輸出能力的電池水燃料電池所能提供的電能是甲醇燃料電池的8倍與鋰離子電池相比，水燃料電池的充電時(shí)間相當(dāng)，容量則大上數(shù)倍，因此手機(jī)的待機(jī)時(shí)間也可以延長(zhǎng)至數(shù)星期乃至一兩個(gè)月，通話時(shí)間也可以不再用小時(shí)計(jì)算。燃料電池電子設(shè)備應(yīng)用東芝設(shè)計(jì)研發(fā)的筆記本燃料電池，甲醇作為燃料，50CC的甲醇可以連續(xù)使用5小時(shí)，超過(guò)鋰電池兩倍以上。燃料電池的另一個(gè)好處是只需填充燃料，而不必像鋰電池那樣再次充電。燃料電池中的甲醇依靠含二氧化碳的氧氣的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，排出物就是水，屬于無(wú)公害能源。東芝燃料電池供電的筆記本樣機(jī)

燃料電池電子設(shè)備LG已成功研制出可持續(xù)使用10小時(shí)的筆記本燃料電池。燃料電池電子設(shè)備日立開(kāi)發(fā)出如AA電池一般大小的燃料電池內(nèi)藏50立方厘米的甲醇，能讓普通的PDA產(chǎn)品堅(jiān)持使用6-8個(gè)小時(shí)。燃料電池在汽車上應(yīng)用布什：美國(guó)要戒“石油癮”在加州力推氫能源汽車

美國(guó)總統(tǒng)布什在加利福尼亞州首府發(fā)表講話，呼吁國(guó)人改變習(xí)慣，盡快從傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)換到更清潔的氫能源汽車。本田的氫動(dòng)力車FCX

本田的ＦＣＸ氫動(dòng)力車已經(jīng)在美國(guó)加利福尼亞州獲準(zhǔn)上市。燃料電池在汽車上應(yīng)用上海神力科技有限公司120KW第三代燃料電池大巴發(fā)動(dòng)機(jī)和車上海神力科技有限公司承擔(dān)了國(guó)家863計(jì)劃“燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)”項(xiàng)目燃料電池汽車2024/1/30北京化工大學(xué)19燃料H2(氫氣)廢棄燃料循環(huán)+H+H+H+H-O-O-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e2H2O2H2O空氣+水蒸氣空氣中的O2(氧氣)加熱（85℃

）水或者空氣冷卻

接電路（效率40~60%）質(zhì)子交換膜流場(chǎng)板催化劑催化劑氣體分散電極（陽(yáng)極）流場(chǎng)板-e-e氣體分散電極（陰極）PEMFC特點(diǎn):無(wú)噪音、零污染、無(wú)腐蝕、壽命長(zhǎng)、比功率大、能量效率高、工作溫度低、啟動(dòng)速度快

光活性單體用途廣泛、前景廣闊、市場(chǎng)潛力巨大、對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展均有重要意義

發(fā)展的最快的燃料電池可望數(shù)年內(nèi)取得商業(yè)應(yīng)用最有希望成為汽車動(dòng)力源PEMFC燃料電池隔膜-全氟磺酸離子膜氫燃料電池釩電池甲醇電池離子膜電解食鹽水隔膜全氟磺酸離子交換膜介紹PEMFC具有:功率密度高(0.1~0.2kW/kg)、工作電流密度大(1~4A/cm2)、工作溫度低(80~100℃)、啟動(dòng)速度快(一般只需幾秒)等優(yōu)點(diǎn)另外由于采用聚合物作為電解質(zhì)，沒(méi)有電解液泄漏及腐蝕的問(wèn)題，環(huán)境污染小，使用壽命較長(zhǎng)，其用途十分廣泛，符合人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，具有很強(qiáng)的技術(shù)生命力。全氟磺酸質(zhì)子交換膜的研究現(xiàn)狀DUPONT公司申請(qǐng)的美國(guó)專利US3282875最早(1966年)揭示了全氟磺酸樹(shù)脂的制備方法于1994年，該公司又發(fā)明了一種在溶液和本體聚合的方法，該方法表明引發(fā)劑應(yīng)采用高氟化或全氟化物質(zhì)，且引發(fā)劑必須能溶于反應(yīng)混合物，溶液聚合的引發(fā)劑可以是(CF3CF2COO)2，也可以是過(guò)氧化物、偶氮化物等，該方法所得到的聚合物在較低的EW時(shí)有較低的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率。2024/1/30北京化工大學(xué)24全氟磺酸質(zhì)子交換膜的研究現(xiàn)狀日本AsahiGlass公司也研究全氟磺酸樹(shù)脂的制備方法。1997年，該公司申請(qǐng)的日本專利該公司還在2005年公開(kāi)的世界專利WO200537879，將全氟碳聚合物單體在聚合物引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑的作用下進(jìn)行聚合燃料電池業(yè)的巨頭Ballard公司于2002年申請(qǐng)了全氟離子交換樹(shù)脂的美國(guó)專利S6841284。其將不溶于水的全氟胺植入膜中，可提高電化學(xué)性能，且非毒、不易燃、惰性，且易于處理。2024/1/30北京化工大學(xué)25全氟磺酸質(zhì)子交換膜的研究現(xiàn)狀對(duì)于全氟磺酸樹(shù)脂成膜方式，德國(guó)FuMA-Tech公司研發(fā)了一種新方法，其述及可將以DMSO等為溶劑的溶液中得到的全氟磺酸樹(shù)脂制成燃料電池膜。首先在惰性氛圍中，加熱5%膠束的Nafion醇溶液，除去并連續(xù)替換醇溶劑，然后通過(guò)背面輥涂方法制成26μm的膜。DUPONT公司的Nafion膜產(chǎn)品分為液體澆鑄和擠出流延成膜兩種，液體澆鑄時(shí)，全氟磺酸樹(shù)脂溶液刮涂在離型膜上，離型膜設(shè)備將膜傳輸至自動(dòng)MEA設(shè)備處理，收卷時(shí)附上面膜保護(hù)其免受環(huán)境污染2024/1/30北京化工大學(xué)262024/1/30北京化工大學(xué)27全氟磺酸離子交換膜的制備成型方法主要有兩種：熔融擠出法溶液流延法熔融擠出法，該工藝制得的薄膜不但厚度均勻、性能好，而且制備效率高，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但目前僅被美國(guó)和日本的少數(shù)幾家公司所掌握。2024/1/30北京化工大學(xué)28流延法制備全氟磺酸離子交換膜溶液流延法制膜可分為擠出流延法溶液鋼帶流延法兩種凝膠擠出流延法將全氟磺酸樹(shù)脂與適當(dāng)?shù)娜軇┌凑找欢ㄅ浔扰涑苫旌夏z后經(jīng)擠出機(jī)熔融擠出流延成膜，再經(jīng)熱的流延輥和熱烘道蒸發(fā)溶劑獲得全氟磺酸離子膜。2024/1/30北京化工大學(xué)29凝膠擠出法制備全氟磺酸離子膜工藝流程圖2024/1/30北京化工大學(xué)30熔融擠出流延法將全氟磺酸樹(shù)脂加入單螺桿擠出機(jī)熔融擠出，并通過(guò)流延機(jī)頭擠出流延成膜，通過(guò)三輥上光機(jī)牽引并定型冷卻?；蛟谌亯汗鈾C(jī)上直接與聚四氟乙烯網(wǎng)絡(luò)布等基材復(fù)合，然后再經(jīng)化學(xué)處理轉(zhuǎn)型為離子型或酸型。該方法簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，而且減少樹(shù)脂在高溫下氧化降解的問(wèn)題，更有利于工業(yè)化生產(chǎn)。2024/1/30北京化工大學(xué)31全氟磺酸離子膜薄膜擠出設(shè)備溶液鋼帶流延法制備全氟磺酸離子交換膜是在高溫高壓的條件下將全氟磺酸離子交換樹(shù)脂溶解在高沸點(diǎn)溶劑或高沸點(diǎn)溶劑/輔助溶劑的混合物中后制備出樹(shù)脂的成膜溶液后，然后采用鋼帶流延法將成膜溶液刮涂到流延鋼帶上去，通過(guò)干燥設(shè)備將溶劑除去后成膜。該方法操作簡(jiǎn)單，膜厚可控流延設(shè)備2024/1/30北京化工大學(xué)342024/1/30北京化工大學(xué)35太陽(yáng)能電池背板用PVDF膜介紹太陽(yáng)能電池背膜的作用免維護(hù)自潔保護(hù)功能絕緣性能耐(濕熱、干熱、紫外)、水蒸氣、氧氣阻隔等性能PVDF膜在太陽(yáng)能電池背膜中的應(yīng)用由于PVDF的含氟量高，其耐候性、阻隔性以及加工適應(yīng)性都優(yōu)于其他氟材料；用波長(zhǎng)為200～

400nm的紫外燈照射1年，其性能基本不變；在室溫下不受酸、堿等強(qiáng)氧化劑和鹵素腐蝕；PVDF熔融與熱分解兩者間溫差大，因而容易成型加工，能夠擠出流涎成性能較好的薄膜2024/1/30北京化工大學(xué)37太陽(yáng)能電池背膜的發(fā)展現(xiàn)狀背膜用量“Kynar-PET-Kynar（KPK）背板結(jié)構(gòu)該產(chǎn)品自2008年推向市場(chǎng)以來(lái)，已被歐洲和亞洲主要的光伏組件生產(chǎn)廠商廣泛采用Tedler-PET-Tedler（TPT）背板結(jié)構(gòu)Dupont公司傳統(tǒng)產(chǎn)品，已在光伏組件生產(chǎn)廠商應(yīng)用多年，由于市場(chǎng)需求激增，現(xiàn)在供不應(yīng)求。PVDF與PVF比較

PVDF

PVF氟碳比F/C 1.58/1 0.5/1氟含量%F 59.3 41.3氧指數(shù)LOI >60% 23阻燃等級(jí)UL-94 V-0 HB滲透指數(shù)(60°C) 4.0 7.5

背膜的應(yīng)用現(xiàn)狀以臺(tái)虹、賽伍、樂(lè)凱、匯通為代表的背膜企業(yè)主要采取以PVF、PVDF或ETFE等氟膜與PET基材通過(guò)膠粘劑粘結(jié)復(fù)合而制備復(fù)膠型背膜，但其氟膜基本依賴進(jìn)口。以蘇州中來(lái)、哈氟龍、福斯特等為代表的背膜企業(yè)通過(guò)以四氟樹(shù)脂(PTFE)或三氟氯乙烯樹(shù)脂(CTFE)為主體樹(shù)脂的涂料采取涂覆方式與PET基材復(fù)合而開(kāi)發(fā)制備涂覆型背膜，在背膜成本與技術(shù)方面具有較大優(yōu)勢(shì)。其部分產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)外光伏企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能電池板用PVDF背膜研究由于PVDF膜表面能低，為非極性，膜表面與水無(wú)氫鍵作用，故有極強(qiáng)疏水性，難以與其他基材粘接，大大限制了其應(yīng)用范圍。通過(guò)采用亞克力親水改性對(duì)PVDF樹(shù)脂進(jìn)行粘接改性。同時(shí)采用多層共擠流延法制備出聚偏氟乙烯復(fù)合膜。2024/1/30北京化工大學(xué)41復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)示意圖PVDF

純膜PVDF粘結(jié)改性層EVA粘結(jié)層2024/1/30北京化工大學(xué)42PVDF

純膜PVDF粘結(jié)改性層EVA粘結(jié)層優(yōu)點(diǎn)該技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下：1）本技術(shù)采用多層共擠出流延的方式制取聚偏氟乙烯復(fù)合膜，這使產(chǎn)品既具有了PVDF本身的良好的耐候性、抗紫外線性能和優(yōu)良的力學(xué)性能。同時(shí)，產(chǎn)品又具有EVA良好的黏結(jié)性能，能夠與太陽(yáng)能背板其他基材很好的黏結(jié)在一起。2024/1/30北京化工大學(xué)43流延法的優(yōu)點(diǎn)2）本技術(shù)自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，且工藝可控性高，制品質(zhì)量穩(wěn)定，成膜速度快、生產(chǎn)效率高，所得薄膜強(qiáng)度高、性能好，可完全滿足實(shí)際使用要求。目前該技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。專利申請(qǐng)?zhí)枺?01110043357.4。目前該項(xiàng)目已進(jìn)入中試放大生產(chǎn)階段。2024/1/30北京化工大學(xué)44我們的前期研究工作PVDF

PMMA雙螺桿擠出機(jī)混合改性PVDF原料吹塑薄膜TiO2AdhesivePETfilm改性PVDF原料吹塑薄膜雙面復(fù)合PVDF塑料膜得到PVDF/PET/PVDF背板背板PVDF改性對(duì)PVDF原材料進(jìn)行改性使其具有粘結(jié)性專用的改性設(shè)備和專用配方已發(fā)表研究論文三篇1.太陽(yáng)能電池封裝用PVDF/PMMA共混薄膜的表面形態(tài)