[發明專利]一種氫燃料電池膜電極的制備方法及氫燃料電池膜電極

有效

• 申請號: 201910907520.3
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110797539B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 劉坤;汪圣龍;蔣中林;曾黎
• 申請（專利權）人: 山東魔方新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/1004;H01M8/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;郭寶煊

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種氫燃料電池膜電極的制備方法，將第一活性物質催化劑粉末和第一添加劑粉末混合后均勻平鋪在質子交換膜的一面，均勻噴淋第一溶液，干燥固化；重復若干次；將第二活性物質催化劑粉末和第二添加劑粉末混合后均勻平鋪在質子交換膜的相對一面，均勻噴淋第二溶液，干燥固化；重復若干次；在催化劑層的四周均貼合邊框，并在催化劑層的表面覆蓋碳紙，得到氫燃料電池膜電極。本發明可以按不同的需求來調整每一次所鋪的粉末和噴灑的溶液的成分與比例，以達到不同的涂層設計效果，使得遠離質子交換膜的催化劑層也能具有較高的離子電導率，提高了氫燃料電池膜電極的放電性能。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種氫燃料電池膜電極的制備方法及氫燃料電池膜電極。

背景技術

燃料電池是能將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電化學反應的方式直接轉換為電能的能量轉化裝置，具有環境友好、能量密度高、室溫下可快速啟動和可靠性高等優點。燃料電池包括質子交換膜燃料電池(PEMFC)、堿性燃料電池(AFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC)等。與其他種類的燃料電池相比，質子交換膜燃料電池工作溫度相對較低，適合用作電動車載、便攜式電源。膜電極是質子交換膜燃料電池的核心部件，決定著質子交換膜燃料電池的性能、壽命以及成本。膜電極包括催化劑層、擴散層和質子交換膜，為質子交換膜燃料電池的電化學反應提供了質子、電子、反應氣體和水連續通道。

制備膜電極的方法中包括直接涂布法，直接涂布法制備CCM型膜電極是將陰極催化劑和陽極催化劑直接涂覆在質子交換膜的兩側，即可制得三層膜電極。采用直接涂布方法制備的膜電極，自動化程度高，效率高，制造成本低，可滿足生產擴大化生產。目前在直接涂布法中催化劑的涂覆多采用擠壓式涂覆、噴涂、凹版印刷式涂覆等工藝，這些工藝制成的催化劑涂層均為單一涂層。

氫燃料電池是質子交換膜燃料電池中的一種，在氫燃料電池反應時，同時存在著電子導通和離子導通的效應，催化劑涂層采用單一涂層時，催化劑厚度方向上遠離質子交換膜部分的離子電導率的急劇減小會顯著影響氫燃料電池的性能。

發明內容

本發明的目的之一在于：提供一種氫燃料電池膜電極的制備方法，在厚度方向上實現氫燃料電池離子電導率的優化。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種氫燃料電池膜電極的制備方法，包括以下操作：

步驟一，將第一活性物質催化劑粉末和第一添加劑粉末混合后均勻平鋪在質子交換膜的一面，均勻噴淋第一溶液，干燥固化；

步驟二，重復步驟一若干次，得到第一活性物質催化劑層；

步驟三，將第二活性物質催化劑粉末和第二添加劑粉末混合后均勻平鋪在所述質子交換膜的相對一面，均勻噴淋第二溶液，干燥固化；

步驟四，重復步驟三若干次，得到第二活性物質催化劑層；

步驟五，在所述第一活性物質催化劑層和所述第二活性物質催化劑層的四周均貼合邊框，并在所述第一活性物質催化劑層和所述第二活性物質催化劑層的表面覆蓋碳紙，得到氫燃料電池膜電極；

其中，在步驟二的重復步驟一操作中，所述第一活性物質催化劑粉末、所述第一添加劑粉末、所述第一溶液的成分和配比與步驟一不同；在步驟四重復步驟三的操作中，所述第二活性物質催化劑粉末、所述第二添加劑粉末、所述第二溶液的成分和配比與步驟三不同。

作為本發明所述的氫燃料電池膜電極的制備方法的一種改進，所述第一活性物質催化劑粉末包括鉑、鉑/碳和合金中的至少一種；所述第二活性物質催化劑粉末包括鉑、鉑/碳和合金中的至少一種。