[發明專利]一體式可再生燃料電池膜電極組合件及其制備方法

有效

• 申請號: 201110428553.3
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN103165904A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 張華民;董明全;邱艷玲;張益寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一體式可再生燃料電池膜電極組合件，其特征在于：

組合件包括電解質膜、分別設置于電解質膜兩側表面的陽極和陰極；于電解質膜的二側設有環狀的保護框，陽極和陰極分別位于保護框的環狀中空處，其特征在于：于環狀保護框的內側邊緣與陽極和陰極的交界處設有環狀的過渡區保護墊片；保護墊片的形狀與保護框的形狀相同，保護墊片環狀中空部份尺寸小于相對應處保護框的中空部份尺寸，保護墊片的外沿周邊處的尺寸大于相對應處保護框的中空部份尺寸，使保護墊片的四周外側邊緣部份處于電解質膜與保護框之間，使保護墊片的四周內側邊緣部份處于交界處的陽極和陰極上。

2.按照權利要求1所述的燃料電池膜電極組合件，其特征在于：

所述陽極和陰極中分別包括含雙效催化劑的催化劑層，所述雙效催化劑層中的雙效催化劑為負載或未負載在載體上催化劑，催化劑的活性成份為粒徑為0.2納米至200納米的二類金屬催化劑顆粒組合，所述催化劑層的層厚度小于或等于200um；

其中一類顆粒選自Pt、Pd、Ru、Rh、Ir的純金屬納米顆粒中的一種以上；

其中另一類顆粒選自Ru、Rh、Ir、RuO₂、RhO₂、IrO₂的納米顆粒的一種以上。

3.按照權利要求2所述的燃料電池膜電極組合件，其特征在于：

所述負載的雙效催化劑采用的載體為：納米和/或微米的鈦粉、銥粉、釕粉、銠粉、二氧化銥、氧化鈦、二氧化釕、二氧化銠、導電陶瓷、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、氮化硼、碳化硼、氧化硼、碳化鎢顆粒，載體為上述顆粒一種和二種以上組合。

4.按照權利要求2所述的燃料電池膜電極組合件，其特征在于：

雙效金屬催化劑活性成份納米顆粒的粒徑是1納米至100納米。

5.按照權利要求2所述的燃料電池膜電極組合件，其特征在于：所述含催化劑的催化劑層還包含電解質樹脂；其中該聚合物電解質包括其側鏈上具有選自磺酸基、羧酸基、磷酸基或膦酸基及其衍生物的陽離子交換基團的聚合物樹脂中的一種。

6.一種權利要求1所述膜電極組合件的制備方法，包括如下步驟：

1)按所需形狀和尺寸對質子交換膜、陽極、陰極進行修整，利用切割刀或模具對陽極、陰極的周邊進行切割，使位于陽極、陰極中間的質子交換膜的周邊凸出，形成環狀邊沿，環狀邊沿的寬度為0.5毫米-10毫米，環狀邊沿上加工有孔；

2)、制作環狀保護框：保護框的內側孔形與所述的陽極、陰極的外形和尺寸相同，保護框的周邊寬度與所述質子交換膜的環狀邊沿處的寬度相一致，保護框的一面涂有粘接膠，另一面用于貼接燃料電池的密封層；

3)、制作過渡區保護墊片：保護墊片內側形狀與所述的陽極、陰極的外形相同，但是幾何尺寸比陽極、陰極邊緣小0.2-100毫米；保護墊片外側形狀與所述的保護框外形相同，但是幾何尺寸比保護框外形邊緣大0.2-100毫米；

4)、將一保護框上涂有粘接膠側朝上，于保護框內安放陰極或陽極，再安裝一過渡區保護墊片，使過渡區保護墊片同時粘接保護框和電極接縫處，且使其在保護框和電極任何一側距離不小于0.2毫米；待用；所述的過渡區保護墊片的一側或兩側表面涂有不干膠或熱熔膠；

將一保護框上涂有粘接膠側朝上并置于白鋼下模具上，于保護框內安放陽極或陰極，再安裝一過渡區保護墊片，使過渡區保護墊片同時粘接保護框和電極接縫處，且使其在保護框和電極任何一側距離不小于0.2毫米，所述的過渡區保護墊片的一側或兩側表面涂有不干膠或熱熔膠；再于其上平鋪質子交換膜，再按陽極與陰極以膜為對稱面將上述的帶保護框、過渡區保護墊片的陰極或陽極置于質子交換膜上方；兩個保護框和質子交換膜外邊緣對齊；保護框上面的粘接膠與質子交換膜的周邊凸出部分相接觸，蓋上白鋼上模具；

5)、使上模具、下模具及其中間的MEA各部件一同置于油壓機加熱，熱壓5-120秒；形成具有燃料電池和水電解雙效功能結構的URFC燃料電池膜電極集合體，在此過程中壓力控制在0.5-10MPa之間，溫度控制在80-200℃之間，時間優選控制在5-50秒之間。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述保護框的材料為PBI、PET、ABS、PP或PC高分子材料：所述的保護框的厚度為0.1毫米-0.5毫米：所述的粘接膠的厚度為0.005毫米-0.2毫米；

所述的過渡區保護墊片的材料為PBI、PET、ABS、PP、PC、氟橡膠、硅橡膠、聚乙稀或聚氯乙稀高分子材料，所述的過渡區保護墊片的一面或兩面涂有不干膠或熱溶膠；所述的過渡區保護墊片的厚度為2-200um。