[發明專利]質子交換膜燃料電池電極制備方法

有效

• 申請號: 200810204032.8
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101752570A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 胡純;孫毅;王東;王濤;張偉;劉向;張新榮
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 鄭丹力

1.一種質子交換膜燃料電池電極制備方法，其特征在于，將催化劑直接 涂敷在質子交換膜上，該方法包括如下步驟：

1)催化劑配制；采用40wt％的Pt/C催化劑，加入溶劑異丙醇，放在超聲 波儀器上振蕩30分鐘以上，成為墨水狀，無明顯小顆粒；

2)質子交換膜裁剪；按催化活化面積大小，每邊多出10mm，多出部分作 為制作邊框密封用；

3)涂布夾具和底座制備；用2塊環氧樹脂板制作質子交換膜夾具，按照 實際涂布區大小在夾具中間開孔，質子交換膜固定在兩塊環氧樹脂板中間； 用鋁合金制作具有電加熱棒的底座，底座的方臺上具有抽真空細孔；質子交 換膜夾具的兩側均可密合嵌入比環氧樹脂板開孔小0.5mm留有間隙的底座中， 將底座連接到抽真空儀器上；

4)催化劑涂布；將底座加熱到80℃，打開抽真空儀器，使質子交換膜吸 附平整貼合在底座的方臺上；噴涂空間用密封罩罩住，將密封罩中空間溫度 加熱到40～100℃；使用精密噴涂裝置，控制噴涂裝置每秒噴量為0.4L，噴 口氣體壓力為2KPa，噴口高度控制催化劑噴到膜上時剛好溶劑全部揮發，分 多次循環，將催化劑均勻噴涂在質子交換膜上；

5)烘干；涂布好陰極和陽極側催化劑的質子交換膜放入80℃烘箱中烘烤 30分鐘；

6)三合一膜電極制作：在130℃的熱壓機上與擴散層壓合成型，完成質 子交換膜與擴散層的三合一膜電極的制作，加上用作密封、絕緣的邊框。

2.如權利要求1所述的燃料電池電極制備方法，其特征在于：所述的步 驟3)涂布夾具和底座制備；包括：在底座方臺上使用區域范圍打直徑1mm的 細孔，縱向每隔10mm打另一細孔，橫向每隔5mm打另一細孔，在方臺和細孔 表面鋪一多孔致密物質；在上述縱向10mm空隙范圍內打若干長孔，放入電加 熱棒進行加熱，加熱范圍40～100℃。

3.一種如權利要求1所述的質子交換膜燃料電池電極制備方法，其特征 在于：將催化劑先涂布在轉印膜上，再經過二次轉印到質子交換膜上，該方 法包括如下的步驟：

1)催化劑配制；采用40wt％的Pt/C催化劑，加入溶劑異丙醇，放在超聲 波儀器上振蕩30分鐘以上，成為墨水狀，無明顯小顆粒；

2)質子交換膜裁剪；按催化活化面積大小，每邊多出10mm，多出部分作 為制作邊框密封用；再準備兩張第一次轉印用PFA轉印膜，兩張第二次轉印 用聚亞酰胺薄膜，其尺寸大于質子交換膜的大小；

3)涂布夾具和底座制備；用2塊環氧樹脂板制作質子交換膜夾具，按照 實際涂布區大小在夾具中間開孔，PFA轉印膜或聚亞酰胺薄膜固定在兩塊環氧 樹脂板中間；用鋁合金制作具有電加熱棒的底座，底座的方臺上具有抽真空 細孔；質子交換膜夾具的兩側均可密合嵌入比環氧樹脂板開孔小0.5mm留有 間隙的底座中，將底座連接到抽真空儀器上；

4)催化劑的涂布；將PFA轉印薄膜固定在質子交換膜夾具中，底座加熱 到80℃，打開抽真空儀器，使PFA轉印薄膜吸附平整貼合在底座的方臺上； 噴涂空間用密封罩罩住，將密封罩中空間溫度加熱到40～100℃；使用精密噴 涂裝置，控制噴涂裝置每秒噴量為0.4L/s，噴口氣體壓力為2KPa，噴口高 度控制催化劑噴到膜上時剛好溶劑全部揮發，分多次循環，將催化劑均勻噴 涂在PFA轉印薄膜上；

5)轉印；調節平板精密壓機壓力使作用于轉印膜的力為40～80kgf/cm²的壓力，并調節上板溫度到160℃，下板不加熱，在下板處放一3mm厚，硬度 75度的高精度硅橡膠，在硅橡膠正中間放上陰極催化劑PFA轉印膜，再放上 聚亞酰胺薄膜，合上壓機壓合3分鐘，使催化劑完全轉印到聚亞酰胺薄膜上， 陽極催化劑一次轉印同上；

6)熱壓；調節平板精密壓機壓力使作用于電極的力為40～80kgf/cm2的 壓力，并調節上下板溫度到160℃，按照次序：硅橡膠、催化劑面朝上的陰極 催化劑聚亞酰胺薄膜、質子交換膜、催化劑面朝下的陽極催化劑聚亞酰胺薄 膜、硅橡膠，在熱壓機上壓合3分鐘；

7)加密封邊框：將完成催化劑轉印的質子交換膜與擴散層的三合一膜電 極加上用作密封、絕緣的邊框。