2025/5/25北京化工大學1氟塑料薄膜

在光伏電源和燃料電池中的應用苑會林北京化工大學材料科學與工程學院電話：13901251123010-64421095Email：yuanhuil@263.net通信地址：北京市北三環東路15號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用光伏電源燃料電池釩電池薄膜制作方法太陽能光伏電源晶體硅EVA膠玻璃TPT(Tedlar/PET/Tedlar)太陽能電池的結構EVA膠

EVAEPT PET

THV為替換現有背膜而專門設計的EPT風力發電2025/5/25北京化工大學52025/5/25北京化工大學6釩電池釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池（VanadiumRedoxBattery，縮寫為VRB）太陽能光伏發電系統充電控制系統用電系統釩電池放電控制系統釩電池原理圖2025/5/25北京化工大學72025/5/25北京化工大學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、釩離子不能通過的特點，有良好的離子導電性和化學穩定性，有一定的機械強度，但是有部分透水，而且價格貴，隔膜成本占了整個電堆的60%～70%，因此隔膜的國產化和其他隔膜的改性處理是釩電池隔膜的發展方向和解決重點燃料電池電子設備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間相當，容量則大上數倍，因此手機的待機時間也可以延長至數星期乃至一兩個月，通話時間也可以不再用小時計算。燃料電池電子設備應用東芝設計研發的筆記本燃料電池，甲醇作為燃料，50CC的甲醇可以連續使用5小時，超過鋰電池兩倍以上。燃料電池的另一個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反應產生電能，排出物就是水，屬于無公害能源。東芝燃料電池供電的筆記本樣機

燃料電池電子設備LG已成功研制出可持續使用10小時的筆記本燃料電池。燃料電池電子設備日立開發出如AA電池一般大小的燃料電池內藏50立方厘米的甲醇，能讓普通的PDA產品堅持使用6-8個小時。燃料電池在汽車上應用布什：美國要戒“石油癮”在加州力推氫能源汽車

美國總統布什在加利福尼亞州首府發表講話，呼吁國人改變習慣，盡快從傳統的汽車轉換到更清潔的氫能源汽車。本田的氫動力車FCX

本田的ＦＣＸ氫動力車已經在美國加利福尼亞州獲準上市。燃料電池在汽車上應用上海神力科技有限公司120KW第三代燃料電池大巴發動機和車上海神力科技有限公司承擔了國家863計劃“燃料電池發動機”項目燃料電池汽車2025/5/25北京化工大學19燃料H2(氫氣)廢棄燃料循環+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%）質子交換膜流場板催化劑催化劑氣體分散電極（陽極）流場板-e-e氣體分散電極（陰極）PEMFC特點:無噪音、零污染、無腐蝕、壽命長、比功率大、能量效率高、工作溫度低、啟動速度快

光活性單體用途廣泛、前景廣闊、市場潛力巨大、對產業結構升級、環境保護及經濟的可持續發展均有重要意義

發展的最快的燃料電池可望數年內取得商業應用最有希望成為汽車動力源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℃)、啟動速度快(一般只需幾秒)等優點另外由于采用聚合物作為電解質，沒有電解液泄漏及腐蝕的問題，環境污染小，使用壽命較長，其用途十分廣泛，符合人類社會可持續發展的要求，具有很強的技術生命力。全氟磺酸質子交換膜的研究現狀DUPONT公司申請的美國專利US3282875最早(1966年)揭示了全氟磺酸樹脂的制備方法于1994年，該公司又發明了一種在溶液和本體聚合的方法，該方法表明引發劑應采用高氟化或全氟化物質，且引發劑必須能溶于反應混合物，溶液聚合的引發劑可以是(CF3CF2COO)2，也可以是過氧化物、偶氮化物等，該方法所得到的聚合物在較低的EW時有較低的熔體質量流動速率。2025/5/25北京化工大學24全氟磺酸質子交換膜的研究現狀日本AsahiGlass公司也研究全氟磺酸樹脂的制備方法。1997年，該公司申請的日本專利該公司還在2005年公開的世界專利WO200537879，將全氟碳聚合物單體在聚合物引發劑和鏈轉移劑的作用下進行聚合燃料電池業的巨頭Ballard公司于2002年申請了全氟離子交換樹脂的美國專利S6841284。其將不溶于水的全氟胺植入膜中，可提高電化學性能，且非毒、不易燃、惰性，且易于處理。2025/5/25北京化工大學25全氟磺酸質子交換膜的研究現狀對于全氟磺酸樹脂成膜方式，德國FuMA-Tech公司研發了一種新方法，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，除去并連續替換醇溶劑，然后通過背面輥涂方法制成26μm的膜。DUPONT公司的Nafion膜產品分為液體澆鑄和擠出流延成膜兩種，液體澆鑄時，全氟磺酸樹脂溶液刮涂在離型膜上，離型膜設備將膜傳輸至自動MEA設備處理，收卷時附上面膜保護其免受環境污染2025/5/25北京化工大學262025/5/25北京化工大學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，可大規模工業化生產，但目前僅被美國和日本的少數幾家公司所掌握。2025/5/25北京化工大學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脂與適當的溶劑按照一定配比配成混合凝膠后經擠出機熔融擠出流延成膜，再經熱的流延輥和熱烘道蒸發溶劑獲得全氟磺酸離子膜。2025/5/25北京化工大學29凝膠擠出法制備全氟磺酸離子膜工藝流程圖2025/5/25北京化工大學30熔融擠出流延法將全氟磺酸樹脂加入單螺桿擠出機熔融擠出，并通過流延機頭擠出流延成膜，通過三輥上光機牽引并定型冷卻。或在三輥壓光機上直接與聚四氟乙烯網絡布等基材復合，然后再經化學處理轉型為離子型或酸型。該方法簡化工藝過程，而且減少樹脂在高溫下氧化降解的問題，更有利于工業化生產。2025/5/25北京化工大學31全氟磺酸離子膜薄膜擠出設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脂溶解在高沸點溶劑或高沸點溶劑/輔助溶劑的混合物中后制備出樹脂的成膜溶液后，然后采用鋼帶流延法將成膜溶液刮涂到流延鋼帶上去，通過干燥設備將溶劑除去后成膜。該方法操作簡單，膜厚可控流延設備2025/5/25北京化工大學342025/5/25北京化工大學35太陽能電池背板用PVDF膜介紹太陽能電池背膜的作用免維護自潔保護功能絕緣性能耐(濕熱、干熱、紫外)、水蒸氣、氧氣阻隔等性能PVDF膜在太陽能電池背膜中的應用由于PVDF的含氟量高，其耐候性、阻隔性以及加工適應性都優于其他氟材料；用波長為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2025/5/25北京化工大學37太陽能電池背膜的發展現狀背膜用量“Kynar-PET-Kynar（KPK）背板結構該產品自2008年推向市場以來，已被歐洲和亞洲主要的光伏組件生產廠商廣泛采用Tedler-PET-Tedler（TPT）背板結構Dupont公司傳統產品，已在光伏組件生產廠商應用多年，由于市場需求激增，現在供不應求。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LOI >60% 23阻燃等級UL-94 V-0 HB滲透指數(60°C) 4.0 7.5

背膜的應用現狀以臺虹、賽伍、樂凱、匯通為代表的背膜企業主要采取以PVF、PVDF或ETFE等氟膜與PET基材通過膠粘劑粘結復合而制備復膠型背膜，但其氟膜基本依賴進口。以蘇州中來、哈氟龍、福斯特等為代表的背膜企業通過以四氟樹脂(PTFE)或三氟氯乙烯樹脂(CTFE)為主體樹脂的涂料采取涂覆方式與PET基材復合而開發制備涂覆型背膜，在背膜成本與技術方面具有較大優勢。其部分產品已在國內外光伏企業得到廣泛應用。太陽能電池板用PVDF背膜研究由于PVDF膜表面能低，為非極性，膜表面與水無氫鍵作用，故有極強疏水性，難以與其他基材粘接，大大限制了其應用范圍。通過采用亞克力親水改性對PVDF樹脂進行粘接改性。同時采用多層共擠流延法制備出聚偏氟乙烯復合膜。2025/5/25北京化工大學41復合膜的結構示意圖PVDF

純膜PVDF粘結改性層EVA粘結層2025/5/25北京化工大學42PVDF

純膜PVDF粘結改性層EVA粘結層優點該技術與現有技術相比，具有如下：1）本技術采用多層共擠出流延的方式制取聚偏氟乙烯復合膜，這使產品既具有了PVDF本身的良好的耐候性、抗紫外線性能和優良的力學性能。同時，產品又具有EVA良好的黏結性能，能夠與太陽能背板其他基材很好的黏結在一起。2025/5/25北京化工大學43流延法的優點2）本技術自動化程度高、操作簡單，可實現大規模連續化生產，且工藝可控性高，制品質量穩定，成膜速度快、生產效率高，所得薄膜強度高、性能好，可完全滿足實際使用要求。目前該技術已經申請國家發明專利。專利申請號：201110043357.4。目前該項目已進入中試放大生產階段。2025/5/25北京化工大學44我們的前期研究工作PVDF

PMMA雙螺桿擠出機混合改性PVDF原料吹塑薄膜TiO2AdhesivePETfilm改性PVDF原料吹塑薄膜雙面復合PVDF塑料膜得到PVDF/PET/PVDF背板背板PVDF改性對PVDF原材料進行改性使其具有粘結性專用的改性設備和專用配方已發表研究論文三篇1.太陽能電池封裝用PVDF/PMMA共混薄膜的表面形態及組成研究，工程塑料應用，200