[發明專利]燃料電池部件的同時涂覆

有效

• 申請號: 201410094397.5
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104051745B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: S.C.穆斯;B.M.霍塔林
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 韋欣華,楊思捷

技術領域

本文記述的實施方案一般涉及涂覆燃料電池部件的方法，和更具體地，其涉及將多個燃料電池部件涂層同時施加在基材上的方法。

背景技術

電化學轉化電池，一般被稱為燃料電池，通過處理反應物，例如，通過氫和氧的氧化和還原，產生電能。在一些燃料電池系統中，氫或富氫氣體被作為反應物通過流路提供到燃料電池的陽極側，而氧（如以大氣氧的形式）被作為反應物通過分離的流路提供到燃料電池的陰極側。所述陽極和陰極促進所述反應物電化學轉化成電子和帶正電荷的離子（對于氫）和帶負電荷的離子（對于氧）。電解質層使陽極與陰極分離以提供離子從陽極至陰極的選擇性通過，而同時禁止產生的電子的通過。產生的電子被迫流經外部導電電路（如，負載）以作有用功然后在陰極上與所述帶電離子重組。帶正電荷和帶負電荷的離子在陰極上的結合導致產生作為反應的副產物的無污染的水。

聚合物電解質燃料電池可以包括在兩側上都具有催化劑電極層的聚合物膜（例如，質子交換膜（PEM））。催化劑涂覆的PEM可以位于一對氣體擴散介質（GDM）之間，且陰極和陽極板被放置在氣體擴散介質層的外側。在制造膜電極組件過程中，可將催化劑電極層依次涂覆在膜載體的每一側上。即，所述層是采用部分或完全干燥一個層之后再將下一層施加到膜支撐上的順序涂覆操作形成的。

或者，可以使用催化劑涂覆的擴散介質層，其中所述催化劑被涂覆在氣體擴散介質上。在制造催化劑-涂覆的擴散介質的過程中，可以將催化劑電極層和離聚物層依次涂覆在基材的一側上。類似于制造聚合物電解質燃料電池，使用包括部分或完全干燥一個層之后再將下一層施加到膜載體上的順序涂覆操作形成所述層。

所述制造方法是復雜的、耗時的和昂貴的。其中包括許多層，可能有相當多的涂覆和干燥設備重復。在某些情況下，當其中在每次涂覆層之間沒有干燥步驟地涂覆層時，可能發生層和/或分散或溶解在其中的關鍵成分的混合。此外，會產生具有可變的層厚度的非均勻的層。

因此，本文公開了替代燃料電池、膜電極組件和制造膜電極組件的方法。

發明內容

本文公開的實施方案為將多個燃料電池部件涂層同時施加在基材上的方法。所述方法包括提供基材，并在層流下將兩種或更多種溶液同時涂覆到所述基材上，使得非多孔層溶液被同時涂覆在第一多孔層溶液上，其中所述第一多孔層溶液包含電極墨水而所述非多孔層溶液包含膜溶液。

本文還公開的實施方案為將多個燃料電池部件涂層同時施加在基材上的方法。所述方法包括提供基材，和在層流下將三種或更多種溶液同時涂覆到所述基材上，使得非多孔層溶液被同時涂覆在第一多孔層溶液上，其中所述第一多孔層溶液包含電極墨水而所述非多孔層溶液包含膜溶液。

本文還公開的實施方案為制造膜電極組件的方法。所述方法包括將兩種或更多種溶液同時涂覆到第一基材上以形成陰極基材，其中在層流下進行所述涂覆，使得膜溶液被同時涂覆在陰極溶液上，將兩種或更多種溶液同時涂覆到第二基材上以形成陽極基材，其中在層流下進行所述涂覆，使得膜溶液被同時涂覆在陽極溶液上，和將所述陰極基材熱壓到所述陽極基材，使得陰極和陽極在所述膜的相對側。

具體地，本發明涉及以下方面：

1. 一種將多個燃料電池部件涂層同時施加在基材上的方法，所述方法包括：

提供基材；和

在層流下將兩種或更多種溶液同時涂覆到所述基材上，使得非多孔層溶液被同時涂覆在第一多孔層溶液上；

其中所述第一多孔層溶液包含電極墨水而所述非多孔層溶液包含膜溶液。

2. 根據方面1所述的方法，其中所述方法進一步包括將多孔增強層施加在所述非多孔層溶液上。

3. 根據方面1所述的方法，其中所述方法進一步包括干燥所述第一多孔層溶液和所述非多孔層溶液以形成第一多孔層和非多孔層。

4. 根據方面2所述的方法，其中所述方法進一步包括干燥所述第一多孔層溶液、所述非多孔層溶液和所述多孔增強層以形成在所述基材上的第一多孔層、在所述第一多孔層上的非多孔層和在所述非多孔層上的所述多孔增強層。

5. 根據方面1所述的方法，其中使用狹縫模具涂布工藝、斜板涂布工藝、幕涂工藝或輥式涂布工藝或其組合同時涂覆所述兩種或更多種溶液。

6. 根據方面1所述的方法，其中所述基材為氣體擴散介質。

7. 根據方面1所述的方法，其中所述電極墨水包含一種或多種溶劑、離聚物和催化劑。

8. 根據方面1所述的方法，其中所述膜溶液包含一種或多種溶劑和離聚物。