[發明專利]陰極復合結構及其用于改進在高濕度下的燃料電池性能的方法

在審

• 申請號: 201410094399.4
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104051746A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 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;H01M4/86;H01M8/02
• 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制造陰極復合結構以改進燃料電池性能的方法，以及具體地，其涉及通過將多個燃料電池部件涂層，包括陰極組合物，同時施加到基材上來制造陰極復合結構以改進燃料電池性能的方法。

背景技術

電化學轉化電池，通常被稱為燃料電池，通過處理反應物，例如，通過氫和氧的氧化和還原產生電能。聚合物電解質燃料電池可以包含催化劑涂覆的擴散介質層，其中所述催化劑被涂覆氣體擴散介質層上且在兩個催化劑涂覆的擴散介質層之間存在膜。在制造燃料電池過程中，可以同時涂覆催化劑電極和膜層，并且在一些情況下，可以將微孔層、電極層和膜層同時涂覆到氣體擴散介質上。然而，當將非多孔層涂覆到多孔層上時，可能發生所述層和/或分散或溶解在其中的關鍵成分的混合。此外，可能產生具有可變層厚度的非均勻層。

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制造陰極復合結構以改進燃料電池性能的方法。所述方法包括制備用于陰極層的陰極組合物，所述陰極組合物包含一種或多種溶劑、離聚物和催化劑，并且所述陰極組合物具有約0.1-約30微米的平均粒度分布，制備膜組合物，所述膜組合物包含一種或多種溶劑和離聚物，以及將所述膜組合物和所述陰極組合物同時沉積到基材上，使得在所述基材上形成陰極層并且在所述陰極層上形成膜層。

本文還公開的實施方案為制造膜電極組件的方法。所述方法包括將膜組合物和陰極組合物同時沉積到第一基材上，使得在所述第一基材上形成陰極層并且在所述陰極層上形成膜層，其中所述陰極組合物包含一種或多種溶劑、離聚物和催化劑，并且具有約0.1-約30微米的平均粒度分布，且其中所述第一基材、陰極層和膜層一起構成陰極復合結構，將膜組合物和陽極組合物同時沉積到第二基材上，使得在所述第二基材上形成陽極層并且在所述陽極層上形成膜層，其中所述第二基材、陽極層和膜層一起構成陽極復合結構，并將所述陰極復合結構熱壓到所述陽極復合結構，使得所述陰極層和陽極層在所述膜的相對的兩側。

具體地，本發明公開了以下方面：

1.?一種制造陰極復合結構以改進燃料電池性能的方法，所述方法包括：

制備用于陰極層的陰極組合物，所述陰極組合物包含一種或多種溶劑、離聚物和催化劑，并且所述陰極組合物具有約0.1-約30微米的平均粒度分布；

制備膜組合物，所述膜組合物包含一種或多種溶劑和離聚物；和

將所述膜組合物和所述陰極組合物同時沉積在基材上，使得在所述基材上形成陰極層并在所述陰極層上形成膜層。

2.?根據方面1所述的方法，其中制備所述陰極組合物包括使用研磨介質研磨所述催化劑組合物。

3.?根據方面2所述的方法，其中所述研磨介質與所述陰極組合物的質量比為8:1。

4.?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陰極層和所述膜層。

5.?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到所述膜組合物。

6.?根據方面1所述的方法，其中所述陰極組合物具有約0.1-約20微米的平均粒度分布。

7.?根據方面1所述的方法，其中所述陰極組合物具有約0.1-約10微米的平均粒度分布。

8.?根據方面1所述的方法，其中所述方法進一步包括：

制備陽極組合物，所述陽極組合物包含一種或多種溶劑、離聚物和催化劑；和

將所述陽極組合物、所述膜組合物和所述陰極組合物同時沉積到基材上，使得在所述基材上形成陰極層，在所述陰極層上形成膜層和在所述膜層上形成陽極層。

9.?根據方面8所述的方法，其中所述方法進一步包括干燥所述陰極層、所述膜層和所述陽極層。

10.?根據方面1所述的方法，其中所述方法進一步包括：

制備微孔組合物，所述微孔組合物包含一種或多種溶劑、碳顆粒和疏水性聚合物；和

將所述膜組合物、所述陰極組合物和所述微孔組合物同時沉積到基材上，使得在所述基材上形成微孔層，在所述微孔層上形成陰極層和在所述陰極層上形成膜層。

11.?根據方面10所述的方法，其中所述方法進一步包括干燥所述微孔層、所述陰極層和所述膜層。

12.?根據方面10所述的方法，其中所述方法進一步包括將多孔增強層施加到所述膜組合物。

13.?根據方面1所述的方法，其中所述方法進一步包括：