專利名稱：用于發(fā)電的納米纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造燃料電池膜、氣體擴(kuò)散介質(zhì)、燃料電池電極和蓄電池隔板的方法。
背景技術(shù)：
在蓄電池應(yīng)用中，多孔板被用作隔板。蓄電池隔板是多孔板，其插在流體電解液中的陽極和陰極之間。例如，在鋰離子蓄電池中，鋰離子(Li+)在放電期間從陽極移動(dòng)到陰極。 所述蓄電池隔板用以防止電極直接接觸而允許離子被傳遞。一般的現(xiàn)有技術(shù)隔板包括由非織造布制造的微孔膜和墊。蓄電池隔板理想中對(duì)電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)是惰性的。因此， 已經(jīng)將各種聚合物用于形成蓄電池隔板。在燃料電池的情況中，多孔板被用作氣體擴(kuò)散層和聚電解質(zhì)膜的支撐物。氣體擴(kuò)散層在質(zhì)子交換膜燃料電池中起到多種功能。例如，氣體擴(kuò)散層用作擴(kuò)散裝置，用于將反應(yīng)氣體推進(jìn)到陽極層和陰極層并將產(chǎn)物水傳遞到流場(chǎng)。氣體擴(kuò)散層也傳導(dǎo)電子并將膜電極組件產(chǎn)生的熱傳給致冷劑，并用作柔軟的膜電極組件和堅(jiān)硬的雙極板之間的緩沖層。雖然用于制造燃料電池應(yīng)用的氣體擴(kuò)散層的現(xiàn)有技術(shù)工作良好，但是仍然希望在性能和成本方面實(shí)現(xiàn)改善。因此，需要一種改進(jìn)方法，用于形成燃料電池膜、擴(kuò)散介質(zhì)、燃料電池電極和蓄電池隔板。

發(fā)明內(nèi)容
通過在至少一個(gè)實(shí)施方案中提供一種用于形成纖維片材的方法，該纖維片材適用于蓄電池中和燃料電池應(yīng)用，從而本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的一種或多種問題。這個(gè)實(shí)施方案的方法包括步驟提供包含氟化環(huán)丁烷聚合物的溶液。將所述溶液電紡(electrospim) 到基材上以在所述基材表面形成纖維涂層。然后將所述纖維涂層形成燃料電池膜、氣體擴(kuò)散介質(zhì)、燃料電池電極或蓄電池隔板。電紡的聚電解質(zhì)納米纖維可形成一種三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)， 并在該體系中存在具有改進(jìn)的機(jī)械性質(zhì)的第二相。所述聚合物涂層可以通過工業(yè)化規(guī)模方法，制備成具有受控的厚度和形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)。所述方法可用于制備用于燃料電池的支撐體、聚電解質(zhì)膜、擴(kuò)散介質(zhì)和新催化劑，并且也可用于制備蓄電池隔板。具體地說，本發(fā)明涉及以下內(nèi)容
1. 一種制備具有纖維片材的器件的方法，所述方法包括 提供包含氟化聚合物的溶液；
形成纖維的聚集物，所述纖維的聚集物通過電紡所述氟化的離子傳導(dǎo)聚合物的溶液而形成；
由所述纖維的聚集物形成纖維片材；和將所述纖維片材放置于陽極和陰極之間。2.第1項(xiàng)所述的方法，其還包括將所述纖維片材放置于陽極和陰極之間，其中所述纖維片材是蓄電池隔板。3.第1項(xiàng)所述的方法，其還包括將所述纖維片材放置于催化劑層和金屬雙極板之間，其中所述纖維片材是氣體擴(kuò)散層。4.第1項(xiàng)所述的方法，其中所述氟化聚合物包括具有全氟環(huán)丁基部分 (perfluorocyclobutyl moieties)的聚合物。5.第4項(xiàng)所述的方法，其中所述氟化聚合物包括懸掛的側(cè)鏈。6.第4項(xiàng)所述的方法，其中所述全氟環(huán)丁基部分是
權(quán)利要求
1.一種制備具有纖維片材的器件的方法，所述方法包括 提供包含氟化聚合物的溶液；形成纖維的聚集物，所述纖維的聚集物通過電紡所述氟化的離子傳導(dǎo)聚合物而形成； 從所述纖維的聚集物形成纖維片材；和將所述纖維片材放置于陽極和陰極之間。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其還包括將所述纖維片材放置于陽極和陰極之間，其中所述纖維片材是蓄電池隔板。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其還包括將所述纖維片材放置于催化劑層和金屬雙極板之間，其中所述纖維片材是氣體擴(kuò)散層。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氟化聚合物包括具有全氟環(huán)丁基部分的聚合物。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述氟化聚合物包含聚合物片段1和2:
6.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述氟化聚合物包含聚合物片段3和4: E1-P1-Q1-P.，I3R8(SO3X)dE2-P3-C^-P4 4其中E1, E2各自獨(dú)立地是含芳基的和/或含脂族基團(tuán)的部分； X是-0H、鹵素、酯或
7.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述氟化聚合物包含聚合物片段5和6: Ei(SOzX)Ci Pi Qi P 2 5E-. mmmm^^^m awawawai Ig^ · ........................ ,Cl2 r3 u2 r4 D它們通過連接基L1連接以形成聚合物單元7和8 Q2—P^tj^M+hiSOzX、一P.,——-€^——}=2^ 7-^E1(S02X)d-P3-Q2-P4^—L1—^E2—P1-Q1-P2^- 8其中E1 (SO2X) d是含磺化芳基的部分； E2是含未磺化芳基的和/或含脂族基團(tuán)的部分； L1是連接基； X是-0H、鹵素、酯或 O d是連接E1的(SO2X)官能團(tuán)的數(shù)量；P” P2、P3、P4 各自獨(dú)立地是不存在、-0-、-S-、-so-、-co-、-SO2-、-NH-、NR2-、-R3-；和R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亞芳基；R3是C1-25亞烷基、C1-25全氟亞烷基或C1-25亞芳基；R4是三氟甲基、C1-25烷基、C1-25全氟亞烷基、C1-25芳基或另一個(gè)E1基團(tuán)；Q1, ( 各自獨(dú)立地是氟化的環(huán)丁基部分，i是表示聚合物片段5的重復(fù)次數(shù)的數(shù)；和j是表示聚合物片段6的重復(fù)次數(shù)的數(shù)。
8.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述氟化聚合物包含聚合物片段9和10:
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氟化聚合物包含全氟磺酸聚合物。
10.通過包括以下步驟的方法制備的纖維片材 提供包含氟化聚合物的溶液；形成纖維的聚集物，所述纖維的聚集物通過電紡所述氟化的離子傳導(dǎo)聚合物的溶液而形成；從所述纖維的聚集物形成纖維片材；和將所述纖維片材放置于陽極和陰極之間，其中所述氟化聚合物包含選自以下的組分具有全氟環(huán)丁基部分的聚合物、全氟磺酸聚合物及其組合。
全文摘要
通過電紡氟化離子傳導(dǎo)聚合物溶液以形成纖維的聚集物，從而形成用于燃料電池或蓄電池應(yīng)用的纖維片材。
文檔編號(hào)H01M2/16GK102468467SQ20111036102
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者鄒 L., R. 謝內(nèi)維斯 M., J. 富勒 T. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司