高壓均質(zhì)機(jī)｜分散全氟磺酸樹(shù)脂溶液

一、質(zhì)子交換膜燃料電池

質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池是指以質(zhì)子導(dǎo)電膜為電解質(zhì)，同時(shí)作為電化學(xué)電池中的隔膜，將陽(yáng)極與陰極分離。由于這種類(lèi)型的燃料電池膜電解質(zhì)在質(zhì)子上起作用，因此可以使用任何易于氧化的富氫燃料，例如氫氣、低級(jí)醇（甲醇、乙醇）和酸（甲酸）。

二、全氟磺酸質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜是氫燃料電池的核心關(guān)鍵材料,其耐久性直接影響著質(zhì)子交換膜燃料電池的使用壽命。全氟磺酸膜是目前質(zhì)子交換膜燃料電池中使用最多的一類(lèi)質(zhì)子交換膜，由電中性半結(jié)晶聚合物四氟乙烯主鏈和與主鏈連接的側(cè)鏈磺酸（ SO3- ）基團(tuán)組成，因此，全氟磺酸膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高和磺酸根親水性強(qiáng)、電導(dǎo)率高的優(yōu)點(diǎn)。

三、全氟磺酸制備工藝

目前，全氟磺酸膜的制備方法主要有以下幾種：

熔融擠出流延法

原理：通過(guò)熔融擠出機(jī)將全氟磺酸樹(shù)脂熔融并擠出，然后在流延機(jī)上冷卻固化成膜。

優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：成膜后需要轉(zhuǎn)型，且螺桿攪動(dòng)可能對(duì)分子鏈造成損傷，影響膜性能。

實(shí)例：美國(guó)杜邦的Nafion系列膜就是通過(guò)該方法制備出來(lái)的。

溶液澆注成型法：

原理：將全氟磺酸樹(shù)脂溶解在溶劑中，形成溶液后澆注在支撐體上，通過(guò)蒸發(fā)溶劑和固化得到膜。

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，適合小規(guī)模或特殊需求的生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：只能間歇生產(chǎn)，難以大規(guī)模連續(xù)化。

溶液鋼帶流延法：

原理：將全氟磺酸樹(shù)脂溶液澆注在鋼帶上，通過(guò)控制鋼帶的速度和溫度，使溶液在鋼帶上流延并固化成膜。

優(yōu)點(diǎn)：可以制備較薄的膜，且膜的性能較為均勻。

實(shí)例：有研究者通過(guò)該方法制備了厚度為200微米左右的單膜。

四、高壓均質(zhì)機(jī)分散全氟磺酸質(zhì)子交換膜

高壓均質(zhì)機(jī)通過(guò)高壓往復(fù)泵產(chǎn)生動(dòng)力和傳送物料，使物料在高壓下通過(guò)工作閥時(shí)，產(chǎn)生劇烈的剪切、沖撞和空穴作用。這種作用機(jī)制使得全氟磺酸溶液能夠因相互碰撞和剪切而得到超細(xì)化，從而實(shí)現(xiàn)全氟磺酸樹(shù)脂溶液的均勻分散。這不僅可以提高全氟磺酸樹(shù)脂溶液的分散均勻性，還可以確保全氟磺酸樹(shù)脂溶液的穩(wěn)定性和一致性。