[發(fā)明專利]一體式膜電極及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010135699.8
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN113346114A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海濱;喬睿;劉磊;劉旻碩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/0273
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 沈攀攀;許亦琳

1.一種膜電極，其特征在于，所述膜電極具有一體結(jié)構(gòu)，所述膜電極包括依次層疊設(shè)置的第一氣體擴(kuò)散層電極、第一質(zhì)子交換膜層、第二質(zhì)子交換膜層和第二氣體擴(kuò)散層電極；還包括絕緣氣密邊框?qū)樱鼋^緣氣密邊框?qū)釉O(shè)于所述第一質(zhì)子交換膜層和/或第二質(zhì)子交換膜層的周向邊緣。

2.如權(quán)利要求1所述的膜電極，其特征在于，所述第一氣體擴(kuò)散層電極包括依次層疊設(shè)置的第一氣體擴(kuò)散層、第一微孔層和第一催化層；所述第一催化層和第一質(zhì)子交換膜層相接觸。

3.如權(quán)利要求1所述的膜電極，其特征在于，所述第一質(zhì)子交換膜層選自全氟磺酸樹脂層、磺化聚醚醚酮層中的一種或多種的組合。

4.如權(quán)利要求1所述的膜電極，其特征在于，所述絕緣氣密邊框?qū)拥牟牧线x自聚對苯二甲酸乙二醇酯、玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯、聚酰亞胺、硅橡膠中的一種或多種的組合。

5.如權(quán)利要求1所述的膜電極，其特征在于，還包括如下技術(shù)特征的一項或多項：

A1)所述絕緣氣密邊框?qū)拥暮穸葹?-100μm；所述絕緣氣密邊框?qū)釉谀る姌O的徑向方向上依次包括外邊框和內(nèi)邊框，至少部分的所述外邊框外露于第一質(zhì)子交換膜層和/或第二質(zhì)子交換膜層，所述內(nèi)邊框嵌入第一質(zhì)子交換膜層和/或第二質(zhì)子交換膜層；

A2)所述第二擴(kuò)散層電極包括依次層疊設(shè)置的第二氣體擴(kuò)散層、第二微孔層和第二催化層；所述第二催化層和第二質(zhì)子交換膜層相接觸；

A3)所述第二質(zhì)子交換膜層選自全氟磺酸樹脂層、磺化聚醚醚酮層中的一種或多種的組合。

6.如權(quán)利要求1～5任一項權(quán)利要求所述的膜電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)提供第一氣體擴(kuò)散電極層，在所述第一氣體擴(kuò)散電極層上涂覆質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液，熱處理后在第一氣體擴(kuò)散電極層上形成第一質(zhì)子交換膜層；

2)提供第二氣體擴(kuò)散電極層，在所述第二氣體擴(kuò)散電極層上涂覆質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液；

3)在步驟1)獲得的所述第一質(zhì)子交換膜層的周向邊緣設(shè)置絕緣氣密邊框以形成絕緣氣密邊框?qū)樱?/p>

4)將步驟2)中所述第二氣體擴(kuò)散電極層上涂覆有質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液的一面置于絕緣氣密邊框?qū)由希瑹崽幚砗笤诘诙怏w擴(kuò)散電極層和絕緣氣密邊框?qū)又g形成第二質(zhì)子交換膜層，同時獲得一體式膜電極。

7.如權(quán)利要求6所述的膜電極的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中第一氣體擴(kuò)散電極層的制備包括：在第一氣體擴(kuò)散層涂覆第一微孔層，再在第一微孔層上涂覆催化劑漿液獲得第一催化劑層。

8.如權(quán)利要求6所述的膜電極的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中第二氣體擴(kuò)散電極層的制備包括：在第二氣體擴(kuò)散層涂覆第二微孔層，再在第二微孔層上涂覆催化劑漿液獲得第二催化劑層。

9.如權(quán)利要求6～8任一項權(quán)利要求所述的膜電極的制備方法，其特征在于，還包括如下技術(shù)特征的一項或多項：

B1)所述步驟1)中所述質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液涂覆在第一催化劑層上；

B2)所述步驟1)中的質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液選自全氟磺酸溶液、磺化聚醚醚酮溶液；

B3)所述步驟1)中熱處理的溫度為80～180℃；

B4)所述步驟2)中所述質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液涂覆在第二催化劑層上；

B5)所述步驟2)中的質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液選自全氟磺酸溶液、磺化聚醚醚酮溶液；

B6)所述步驟3)中絕緣氣密邊框的材料選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯、聚酰亞胺、硅橡膠中的一種或多種的組合；

B7)所述步驟4)中熱處理的溫度為100～180℃。

10.如權(quán)利要求1～5任一項權(quán)利要求所述的膜電極的制備方法在燃料電池中的用途。