[發明專利]一種燃料電池膜電極制備方法

在審

• 申請號: 202011453018.9
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112531188A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 王新磊;林晨;張東;余子涵;王鳳霞
• 申請（專利權）人: 安徽枡水新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種燃料電池膜電極制備方法，包括如下步驟，制備催化劑漿料：稱取Pt基催化劑將其分散在水與有機溶劑的混合溶液中，在冰浴冷卻超聲分散的同時，向其中逐滴滴加Nafion與異丙醇的混合溶液，在冰浴冷卻超聲分散0.5?5小時，裁剪膜體：根據要制備的膜電極催化活性面積大小，將質子交換膜以及氣體擴散膜裁剪成需要尺寸，每邊多預留出1?10mm，根據裁剪的質子交換膜以及氣體擴散膜的大小對封邊膜進行裁剪，固定支撐膜：將通過裁剪得到的質子交換膜的正面通過膠水粘接支撐膜，反面不作任何處理，降低質子交換膜的用量，在第一次熱壓后，邊框膜與氣體擴散層能起到支撐保護作用，可以有效避免操作噴涂熱壓等過程中出現的溶脹、變形與扭曲問題。

技術領域

本發明涉及燃料電池膜電極加工領域，具體為一種燃料電池膜電極制備方法。

背景技術

隨著傳統能源逐漸退出歷史舞臺,以氫能和燃料電池將成為新興能源變革已經來臨。氫燃料電池技術作為氫能源革命的重要環節，已成為世界各國重點發展的清潔能源技術。燃料電池由雙極板和膜電極組成，其中膜電極是燃料電池的核心部件，約占整個燃料電池成本的60％。開發高質量、低成本的膜電極的制備工藝是氫燃料電池發展的重要環節。

當前，膜電極的制備技術主要有兩種工藝：一種是將催化劑涂覆于氣體擴散層(碳紙或碳布)上，然后將陰極與陽極的氣體擴散層，通過熱壓的方式，壓在質子交換膜的兩側，該工藝相對簡單、成熟，但制備的膜電極接觸內阻較大，且催化劑利用率低，無法實現高質量膜電極技術的制備；另一種工藝是也是比較主流的膜電極商業制備方法是CCM技術(Catalyst Coated Membrane，CCM)，即將催化劑漿料直接噴涂到質子交換膜上，形成催化層-膜-催化層三合一整體，然后與氣體擴散層組裝成膜電極，此工藝制備的膜電極內阻相對較小、且催化劑利用率高。但由于質子交換膜正向超薄(主流的質子膜厚度已經降到20微米以下)趨勢發展，一方面膜很高的柔韌性使其易變形，膜在噴涂過程中易發生溶脹變形，所以工藝較為復雜，一致性差；另一方面超薄的膜對封邊技術難度要求也很高，必須預留過多的質子膜用于封邊密封要求，從而會造成質子膜的浪費，增加了膜電極成本。

相關專利

專利CN201710595430.6公開了一種基于CCM技術燃料電池膜電極組件的制備工藝，包括取催化劑漿料的制備，再將催化劑漿料直接涂覆在質子交換膜兩側，再將氣體擴散層固定在CCM膜電極兩側，并進行封邊處理，獲得所述燃料電池膜電極組件。該工藝簡單、無需熱壓，但是對于50微米以下柔軟的質子膜，膜的轉移、封裝操作技術難度大，不利于批量化生產，并且制備出的CCM膜電極的一致性不能得到有效保證。

專利CN CN200810204032.8公開了一種質子交換膜燃料電池電極制備方法，先將催化劑噴涂在轉印膜上，在通過兩次轉印-熱壓的方式，將陰陽極催化層熱壓在質子交換膜上，最后將完成催化劑轉印的質子交換膜與擴散層的三合一膜電極加上用作密封、絕緣的邊框，該膜電極制備方法具有界面電阻小、可大規模生產的優點，但是該方法經過多次轉印過程復雜。

因此怎樣在應用層面使用更佳的膜電極制備工藝來降低界面電阻，提高質子交換膜的使用率，降低膜電極中質子膜的成本，在不使電池性能和使用壽命衰減的情況下減少催化劑使用量，降低電極制作成本，同時保證制備膜電極的一致性。

發明內容

本發明的主要目的提供一種燃料電池膜電極制備方法，可以有效的解決背景技術中的問題。