含氟塑料膜在电池中的应用

太阳能电池板用PVDF背膜研究
由于PVDF膜表面能低，为非极性，膜表面与 水无氢键作用，故有极强疏水性，难以与其 他基材粘接，大大限制了其应用范围。
通过采用亚克力亲水改性对PVDF树脂进行粘 接改性。
同时采用多层共挤流延法制备出聚偏氟乙烯 复合膜。
•2020/5/24
•41
复合膜的结构示意图
流延设备
•2020/5/24
•34
太阳能电池背板用PVDF膜介绍
太阳能电池背膜的作用 免维护自洁保护功能 绝缘性能 耐(湿热、干热、紫外)、 水蒸气、氧气阻隔等性能
•2020/5/24
•35
PVDF膜在太阳能电池背膜中的应用
由于PVDF的含氟量高， 其耐候性、阻隔性以 及加工适应性都优于其他氟材料；
•2020/5/24
•43
流延法的优点
2）本技术自动化程度高、操作简单，可实 现大规模连续化生产，且工艺可控性高，制 品质量稳定，成膜速度快、生产效率高，所 得薄膜强度高、性能好，可完全满足实际使 用要求。
目前该技术已经申请国家发明专利。专利申 请号：201110043357.4。目前该项目已进入 中试放大生产阶段。
该产品自2008年推向市场以来，已被欧洲 和亚洲主要的光伏组件生产厂商广泛采用
•Tedler -PET-Tedler（TPT）背板结 构
Dupont 公司传统产品，已在光伏组件生产 厂商应用多年，由于市场需求激增，现在 供不应求。
PVDF与PVF比较
• •氟碳比 F/C •氟含量 %F •氧指数 LOI •阻燃等级UL-94 •渗透指数 (60 °C)
•8
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 。
用波长为200～ 400 nm的紫外灯照射1年，其性 能基本不变；
在室温下不受酸、碱等强氧化剂和卤素腐蚀；
PVDF熔融与热分解两者间温差大，因而容易 成型加工，能够挤出流涎成性能较好的薄膜
太阳能电池背膜的发展现状
•背膜用量
•2020/5/24
•37
“Kynar -PET-Kynar（KPK）背板结构
•空气中的O2 (氧气)
•加热（85℃ ） •水或者空气冷 却
•质子交换膜
•H2 •空气+水蒸气
O
•流场 • 板气体分散电极（阴极 ）• 催化剂
•PEMFC •用途广泛、前
景广阔、市场潜
•PEMFC特点: •无噪音、零污 染、无腐蚀、寿 命长、比功率大 、能量效率高、 工作温度低、启 动速度快
力巨大、对产业 结构升级、环境 保 护及经济的
含氟塑料膜在电池中的 应用
2020年5月24日星期日
PVDF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
•太阳能电池的结构
•为替换现有背膜而专门设计的EPT
•
EVA
•EPT PET
•
THV
•玻璃 •EVA 胶 •晶体硅 •EVA 胶 •TPT (Tedlar/PET/Tedlar)
•1.太阳能电池封装用PVDF/PMMA共混薄膜的表 面形态及组成研究，工程塑料应用，2009，第9 期
薄膜制作
•实验室吹PVDF膜（ 2007年）
实验基地吹塑薄膜—特制的 挤出吹膜设备，幅宽1600mm ，生产能力600吨。（2008年 ）
已制成的吹塑PVDF薄膜
厚度:0.025，0.038mm 折径:500,1200，1600mm 优异的白色和遮光率
•
PVDF 1.58 / 1
59.3 >60% V-0 4.0
PVF 0.5 / 1
41.3 23 HB 7.5
背膜的应用现状
以台虹、赛伍、乐凯、汇通为代表的背膜企 业主要采取以PVF、PVDF或ETFE等氟膜与 PET基材通过胶粘剂粘结复合而制备复胶型 背膜，但其氟膜基本依赖进口。
以苏州中来、哈氟龙、福斯特等为代表的背 膜企业通过以四氟树脂(PTFE)或三氟氯乙烯 树脂(CTFE)为主体树脂的涂料采取涂覆方式 与PET基材复合而开发制备涂覆型背膜，在 背膜成本与技术方面具有较大优势。其部分 产品已在国内外光伏企业得到广泛应用。
可持续发展均有 重要意义
•光活性 •单体
•发展百度文库最快的 燃料电池可望数 年内取得商业应 用最有希望成为 汽车动力源
燃料电池隔膜-全氟磺酸离子膜
氢燃料电池 钒电池 甲醇电池 离子膜电解食盐水隔膜
全氟磺酸离子交换膜介绍
PEMFC具有:功率密度高(0.1~0.2 kW/kg)、工作电 流密度大(1~4 A/cm2)、工作温度低(80~100 ℃) 、启动速度快(一般只需几秒)等优点
•2020/5/24
•31
全氟磺酸离子膜薄膜挤出设备
溶液钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜
是在高温高压的条件下将全氟磺酸离子交 换树脂溶解在高沸点溶剂或高沸点溶剂/辅 助溶剂的混合物中后制备出树脂的成膜溶 液后，然后采用钢带流延法将成膜溶液刮 涂到流延钢带上去，通过干燥设备将溶剂 除去后成膜。该方法操作简单，膜厚可控
•2020/5/24
•24
全氟磺酸质子交换膜的研究现状
日本Asahi Glass公司也研究全氟磺酸树脂的制 备方法。1997年，该公司申请的日本专利
该公司还在2005年公开的世界专利 WO200537879，将全氟碳聚合物单体在聚合物 引发剂和链转移剂的作用下进行聚合
燃料电池业的巨头Ballard公司于2002年申请了 全氟离子交换树脂的美国专利S6841284。其将 不溶于水的全氟胺植入膜中，可提高电化学性 能，且非毒、不易燃、惰性，且易于处理。
燃料电池汽车
•2020/5/24
•19
•燃料H2(氢气)
•废弃燃料循 环
• 流场
• 气体分散电极（板阳极
）
• 催化剂
• 接电路
•（效率40~60%）
••ee••--
••ee••--
••ee••-•H •+ •H •+ •O •-
•2H2••ee••-- •H •+ ••ee••-- •O2
••ee••-- •H •+ •O •-
•2020/5/24
•44
我们的前期研究工作
•PVD • TiO2 F
•双螺杆挤出机 混合
•改性PVDF原料
•双面复合PVDF塑料膜 得到 •PVDF/PET/PVDF背板
•PM MA
•改性PVDF原料
• Adhesive
•吹塑薄膜
•吹塑薄膜
•背
板
• PET film
PVDF改性
对PVDF原材料进行改性使其具有粘结性 专用的改性设备和专用配方 已发表研究论文三篇
改进的表面粘结性能
PVDF薄膜性能检测
薄膜制作
氟塑料专用多层共挤出复合薄膜实验装置 （2009年）
•29
凝胶挤出法制备全氟磺酸离子 膜工艺流程图
•2020/5/24
•30
熔融挤出流延法
将全氟磺酸树脂加入单螺杆挤出机熔融挤出 ，并通过流延机头挤出流延成膜，通过三辊 上光机牵引并定型冷却。或在三辊压光机上 直接与聚四氟乙烯网络布等基材复合，然后 再经化学处理转型为离子型或酸型。
该方法简化工艺过程，而且减少树脂在高温 下氧化降解的问题，更有利于工业化生产。
•*
•北京化工大学
•27
流延法制备全氟磺酸离子交换膜
溶液流延法制膜可分为 挤出流延法 溶液钢带流延法两种
•2020/5/24
•28
凝胶挤出流延法
将全氟磺酸树脂与适当的溶剂按照一定 配比配成混合凝胶后经挤出机熔融挤出 流延成膜，再经热的流延辊和热烘道蒸 发溶剂获得全氟磺酸离子膜。
•2020/5/24
•2020/5/24
•25
全氟磺酸质子交换膜的研究现状
对于全氟磺酸树脂成膜方式，德国FuMA-Tech
公司研发了一种新方法，其述及可将以DMSO
等为溶剂的溶液中得到的全氟磺酸树脂制成燃
料电池膜。首先在惰性氛围中，加热5%胶束
的Nafion醇溶液，除去并连续替换醇溶剂，然
后通过背面辊涂方法制成26 μm的膜。
DUPONT公司的Nafion膜产品分为液体浇铸和
挤出流延成膜两种，液体浇铸时，全氟磺酸树
脂溶液刮涂在离型膜上，离型膜设备将膜传输
至自动MEA设备处理，收卷时附上面膜保护
其免受环境污染
•2020/5/24
•26
全氟磺酸离子交换膜的制备
•成型方法主要有两种： •熔融挤出法 •溶液流延法
•熔融挤出法，该工艺制得的薄膜不但厚度均匀、性 能好，而且制备效率高，可大规模工业化生产，但 目前仅被美国和日本的少数几家公司所掌握。
美国总统布什在加利福尼亚州首府发表讲话，呼吁国人改变习惯 ，尽快从传统的汽车转换到更清洁的氢能源汽车。
本田的氢动力车FCX
•本田的ＦＣＸ氢动力车已经在美国加利福尼亚州获准上市。
燃料电池在汽车上应用
上海神力科技有限公司 120KW第三代燃料电池大 巴发动机和车
上海神力科技有限公司承担 了国家863计划“燃料电池 发动机”项目
风力发电
•2020/5/24
•5
钒电池
•钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（ Vanadium Redox Battery，缩写为VRB）
•太 阳能
光伏
•充 电控
•钒 •电 •池
•放 电控
•用 电系 统
发电 系统
制系 统
制系 统
•2020/5/24
•6
钒电池原理图
•2020/5/24
•7
离子膜
PVDF 纯膜 PVDF粘结改性层 EVA 粘结层
•PVDF 纯膜 •PVDF粘结改性层 •EVA 粘结层
•2020/5/24
•42
优点
该技术与现有技术相比，具有如下：
1）本技术采用多层共挤出流延的方式制取 聚偏氟乙烯复合膜，这使产品既具有了 PVDF本身的良好的耐候性、抗紫外线性能 和优良的力学性能。同时，产品又具有EVA 良好的黏结性能，能够与太阳能背板其他基 材很好的黏结在一起。
另外由于采用聚合物作为电解质，没有电解液泄 漏及腐蚀的问题，环境污染小，使用寿命较长 ，其用途十分广泛，符合人类社会可持续发展 的要求，具有很强的技术生命力。
全氟磺酸质子交换膜的研究现状
DUPONT公司申请的美国专利US3282875最 早(1966年)揭示了全氟磺酸树脂的制备方法于 1994年，该公司又发明了一种在溶液和本体 聚合的方法，该方法表明引发剂应采用高氟 化或全氟化物质，且引发剂必须能溶于反应 混合物，溶液聚合的引发剂可以是 (CF3CF2COO)2，也可以是过氧化物、偶氮化 物等，该方法所得到的聚合物在较低的EW时 有较低的熔体质量流动速率。
•钒电池的隔膜一般选用杜邦公司Nafion 117，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
•2020/5/24
东芝燃料电池供电的笔记本样机
燃料电池电子设备
LG已成功研 制出可持续 使用10小时 的笔记本燃 料电池。
燃料电池电子设备
日立开发出如 AA电池一般大 小的燃料电池内 藏50立方厘米的 甲醇，能让普通 的PDA产品坚持 使用6-8个小时 。
燃料电池在汽车上 应用
布什：美国要戒“石油瘾” 在加州力 推氢能源汽车