[發明專利]一種燃料電池膜電極的批量生產方法

有效

• 申請號: 201810136420.0
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108365231B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 邵航宇;陶少龍
• 申請（專利權）人: 河南豫氫動力有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;G01N21/88;G01B11/30
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種燃料電池膜電極的批量生產方法，包括以下步驟：(1)在膜電極陽極制備區域，制備陽極催化層膜電極；(2)將制備的膜電極轉移到CCD檢測區，平整地放在透明玻璃板上，進行膜電極催化層表觀檢測；(3)將步制得的合格的膜電極轉移到烘干區，經過隧道加熱爐對催化層進行無塵烘干；(4)將膜電極轉移至陰極制備區，重復步驟(1)～(3)即可制得一致性較好的燃料電池膜電極CCM。與現有技術相比，本發明工藝簡單、高效可靠，在膜電極組件MEA制作的初始階段進行篩選，優化了CCM的制作工藝，提高了CCM產品的合格率，適合批量生產，此外，生產的產品一致性更好，有效降低燃料電池的生產成本，適用于大電流放電的燃料電池車載電堆。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其是涉及一種燃料電池膜電極的批量生產方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(以下稱為燃料電池)，是一種不經卡諾循環，利用燃料(氫氣)與氧化劑(一般采用空氣)的電化學反應，將化學能直接轉化為電能的發電裝置。由質子交換膜與貴金屬催化劑構成的燃料電池膜電極組件(MEA)是燃料電池的核心部件，在燃料電池的工作過程中，MEA需要有效地將燃料與氧化劑阻隔開，防止燃料與氧化劑混合直接發生化學反應而不是電化學反應，極端情況下甚至可能引起爆炸，或者燃料與氧化劑的互相滲漏引起的電池發電效率下降和壽命的衰減。

在質子交換膜燃料電池中，陰陽極催化層一般都采用碳載納米Pt、Pd貴金屬或其合金作為催化劑。在燃料電池陰極發生電化學的過程中，空氣中的氧氣經氣體擴散層(GDL)向質子交換膜擴散，而陽極電化學反應產生的氫質子則透過質子交換膜往陰極傳遞。質子和氧氣在貴金屬催化劑表面活性位相遇后，發生氧氣的還原反應(ORR)生成水，兩種反應物質均消亡。

因此，為了提升燃料電池的比功率和能量轉化效率，如何高效、一致地批量制備出性能優異的燃料電池的核心部件MEA就顯得尤為重要。在目前大多數方法中，普遍采用的方法是將催化劑漿料通過氣體引流的方式直接噴涂于質子交換膜上形成催化劑直涂膜組件(CCM)。另一種更適于量產的方法是將催化劑漿料直接涂布于氣體擴散層或者轉印膜上，通過熱壓轉印至質子交換膜上的方法形成CCM。制作完CCM以后再粘貼炭紙(GDL)和邊框，并通過沖切、激光切割、模切等成型工藝定型，最終形成MEA產品。這些工藝普遍缺少了在CCM制作過程中的檢測環節，如果質子交換膜有漏洞或者在制作CCM過程中損壞了質子交換膜，沒有及時檢測，都會造成原材料的浪費，并且在后期MEA制作完成并檢測過程中，再發現不合格產品，將大大降低生產效率。而對于CCM催化層的CCD檢測，對生產膜電極性能的一致性有了保障，將大大提高電料電池的發電效率。

膜電極的批量生產與檢測，如專利CN201210438967.9所述，采用恒流電源給待放電MEA進行恒定電流充電，電流傳感器測量充電電流，數據采集器采集電流傳感器的電流信號和待測燃料電池各節電池的電壓信號，轉換成數字量信號并傳輸到數據處理單元，數據處理單元通過編寫程序實現測量數據的自動處理，經過對采集的各節燃料電池電壓數據進行微分和積分運算，給出待測燃料電池膜電極的催化劑有效活性面積、雙電層電容、氫滲透電流和阻抗等參數，此方法在MEA檢測方面較為完善，但是并沒有增加制作初期CCM的檢測環節，可能因CCM不合格而造成MEA相關零部件如碳紙、邊框等材料的浪費，降低生產效率。如專利CN200410093105.2所述，提供了一種燃料電池膜電極的真空檢漏裝置，設備主要包括機架、移動中間板、氣缸、固定檢測板、活動檢測板、真空表和旋閥。此方法效率較低，不利于大批量工生產，而且在檢測過程中有可能損壞膜電極。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池膜電極的批量生產方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種燃料電池膜電極的批量生產方法，包括以下步驟：

(1)：取催化劑與全氟磺酸溶液倒入混合溶劑中，分散，制備催化劑漿料；