[發(fā)明專利]一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法

有效

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• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101887975A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 邢丹敏;宋書范;侯中軍;張可;張玉海;明平文
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 高永德

1.一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，包括制備質子交換膜和制作膜電極，其特征在于所述制備質子交換膜是用質子交換樹脂溶液用流延、浸漬或噴涂方法中的任意一種方法涂覆成質子交換樹脂溶液膜，干燥后制成質子交換膜坯體，制備的質子交換膜坯體不做后續(xù)處理；所述制作膜電極是直接在所述不經過后續(xù)處理的質子交換膜坯體上，用網(wǎng)印、噴涂或涂刷方法中的任意一種方法將電極漿料涂覆于質子交換膜坯體兩面，干燥后形成具有穩(wěn)定形態(tài)的膜電極坯體；再將膜電極坯體進行離子轉型、熱處理和活化處理。

2.根據(jù)權利1所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述對質子交換樹脂溶液膜的干燥，是在將質子交換樹脂溶液涂覆成膜的過程中，同時對質子交換樹脂溶液膜進行加熱干燥，除去溶劑，得到質子交換膜坯體，加熱溫度在50～150℃之間。

3.根據(jù)權利2所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述對質子交換樹脂溶液膜進行加熱干燥的方法是用熱板加熱。

4.根據(jù)權利1所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述對電極漿料的干燥，是在向質子交換膜坯體兩面涂覆電極漿料的過程中，同時加熱干燥，除去電極漿料中的試劑，得到具有穩(wěn)定形態(tài)的膜電極坯體，加熱溫度在50～150℃之間。

5.根據(jù)權利4所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述向質子交換膜膜坯體兩面涂覆電極漿料的過程中，同時加熱干燥，除去電極漿料中的試劑的方法是用熱板加熱。

6.根據(jù)權利1所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述制備的質子交換膜坯體是均質結構質子交換膜坯體和復合結構質子交換膜坯體中的任意一種。

7.根據(jù)權利6所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述均質結構質子交換膜坯體的制備是：將質子交換樹脂溶液流延或噴涂于基體片材上，同時加熱干燥，除去質子交換樹脂溶液中的溶劑形成連續(xù)的質子交換膜坯體；所述復合結構的質子交換膜坯體的制備是：將展開的微孔膜或纖維織物作為復合基體，用浸漬或噴涂的方法將質子交換樹脂溶液涂覆到基體上，同時加熱干燥，除去溶劑，得到具有穩(wěn)定形態(tài)的質子交換膜坯體。

8.根據(jù)權利7所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述制備均質結構質子交換膜坯體用的基體片材是是不銹鋼帶或塑料薄膜；所述制備復合結構的質子交換膜坯體的復合基體是微孔膜或纖維織物。

9.根據(jù)權利6所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述用均質結構質子交換膜坯體制備膜電極坯體，是先在均質結構質子交換膜坯體的一面涂覆電極漿料并干燥，然后揭去基體膜片，將一面涂覆電極漿料的均質結構質子交換膜坯體翻轉，再在另一面涂覆電極漿料并干燥；所述用復合結構質子交換膜坯體制備膜電極坯體，是在質子交換膜坯體一面涂覆電極漿料并干燥，然后翻轉再在另一面涂覆電極漿料并干燥的分開涂覆方法或者在質子交換膜坯體兩面同時涂覆電極漿料并干燥的方法。

10.根據(jù)權利1所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法，其特征在于所述膜電極坯體的離子轉型、熱處理和活化處理是：膜電極坯體離子轉型處理包括：將膜電極坯體浸泡于堿性溶液或鹽溶液中浸泡0.5～2小時，使電極層中的離子交換樹脂轉為非H⁺型的，所述堿性溶液是NaOH或KOH溶液，所述鹽溶液是飽和NaCl、KCl溶液，離子轉型處理溫度在室溫～100℃之間；膜電極坯體熱處理是：在惰性氣體保護下，將經過離子轉型處理的膜電極坯體置于100～250℃的烘箱中，保溫3～5小時；活化處理是：用0.1～1M的硫酸溶液浸泡，然后水洗，使膜電極坯體中的質子交換膜和樹脂轉換成H⁺型。

11.權力要求1所述一種燃料電池用膜-膜電極的集成化制備方法的工藝流程，包括用均質結構質子交換膜坯體制備膜電極流程和用復合結構質子交換膜坯體制備膜電極，其特征在于所述用均質結構質子交換膜坯體制備膜電極流程如下：

1)將配制好的質子交換樹脂溶液置于質子交換樹脂溶液罐中，

2)將配制好的電極漿料置于漿料噴涂罐中，

3)滾筒傳輸裝置帶動不銹鋼履帶循環(huán)轉動，不銹鋼履帶達到涂覆工作區(qū)時，質子交換樹脂溶液罐中的質子交換樹脂溶液經倒料槽傾倒于不銹鋼履帶上，用擋板刮刀將溶液均勻地分布在不銹鋼履帶上，

4)覆有質子交換樹脂溶液的不銹鋼履帶進入加熱通道，使溶劑揮發(fā)，得到均質結構質子交換膜坯體，

5)將均質結構質子交換膜坯體與不銹鋼履帶剝離，不銹鋼履帶繼續(xù)循環(huán)運轉，剝離后均質結構質子交換膜坯體用另一條傳輸線送入噴涂設備，噴涂設備將電極漿料噴涂到膜坯體兩面，

6)對兩面噴涂有電極漿料的膜坯體加熱，使電極漿料干燥形成膜電極坯體，

7)將膜電極坯體在NaCl溶液中浸泡，浸泡后用去離子水清洗，用吸水滾筒除去膜電極坯體表面的液體，

8)將膜電極坯體在氮氣保護下加熱干燥，得到膜電極預制體416，

9)將膜電極預制體在硫酸中浸泡，浸泡后用去離子水沖洗，除去表面的液體得到均質結構質子交換膜電極；

所述用復合結構質子交換膜坯體制備膜電極流程如下：

1)將配制好的質子交換樹脂溶液置于噴涂設備的質子交換樹脂溶液罐中，

2)將配制好的質子交換樹脂稀溶液置于質子交換樹脂稀溶液罐中，

3)將配制好的電極漿料置于噴涂設備的電極漿料罐中，

4)將聚四氟乙烯微孔薄膜固定在支撐框上，

5)將固定有微孔膜的支撐框置于質子交換樹脂稀溶液中浸潤后，置于熱臺上干燥，

6)用質子交換樹脂溶液噴涂設備將質子交換樹脂溶液均勻噴涂在固定在支撐框上的微孔膜兩面，同時保持熱板溫度，反復的噴涂上料，直至膜的厚度達到預定要求形成膜坯體，

7)用電極漿料噴涂設備將電極漿料分別在膜坯體兩面均勻噴涂，同時保持熱板溫度，反復的噴涂上料，直至電極層厚度達到預定要求，形成膜電極坯體，

8)將膜電極坯體從支撐框上取下，置于NaQH溶液中浸泡，浸泡后用去離子水沖洗，除去表面的液體得到Na+型膜電極坯體，

9)將Na+型膜電極坯體在氮氣保護下加熱干燥，得到膜電極預制體，

10)將膜電極預制體在硫酸中浸泡，浸泡后用去離子水沖洗，除去表面的液體得到復合膜電極。