[發明專利]一種制備燃料電池膜電極的組合裝置及方法

有效

• 申請號: 202011596726.8
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112701313B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 寧洪濤;李偉;胡玉鳳
• 申請（專利權）人: 張家口市氫能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0273
• 分類號: H01M8/0273;H01M8/0271;H01M8/02;H01M8/1004;H01M4/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用于制備燃料電池膜電極的組合裝置及方法，所述組合裝置包括熱壓工裝上板、熱壓工裝下板、陽極電極定位工裝、陰極電極定位工裝，其中，所述熱壓工裝上板和熱壓工裝下板分別包括定位孔、緩沖墊和凸臺，所述緩沖墊的大小和形狀與膜電極支撐框相匹配，所述凸臺的大小和形狀與其相接觸的電極相匹配，所述陽極電極定位工裝和陰極電極定位工裝的內框尺寸和形狀分別與陽極電極和陰極電極相匹配。本申請可以一次性完成七合一膜電極的制作，避免了膜電極制備工藝過程中因更換工裝夾具所導致的質子交換膜的反復拆裝，進而避免了膜電極中質子交換膜的各種故障，提高了膜電極產品的成品率，結構簡單，操作方便，適合在本領域大面積推廣。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池膜電極的制備工裝及方法。

背景技術

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置。燃料電池通常由多個電池單元構成，每個電池單元包括兩個電極(陽極和陰極)，該兩個電極被電解質元件隔開，并且彼此串聯地組裝，形成燃料電池電堆。

燃料電池的核心部件之一是膜電極MEA，膜電極由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催化劑，如金屬鉑等催化劑。膜電極兩邊可用高導電物體將發生電化學發應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。

膜電極結構一般包括七部分：中間的固態質子交換膜、固定質子交換膜的兩層塑料支撐框，質子交換膜兩側的陽極催化層和陰極催化層以及最外側的陽極氣體擴散層和陰極氣體擴散層。催化層總是置于質子交換膜和同側氣體擴散層之間，基于質子交換膜的由催化層/質子交換膜/催化層組成的三合一膜電極組件，即CCM。

中國公開號CN1276633，公開了一種在一片膜上含有多個膜電極的制備方法，該方法存在如下不足：由于上下側的氣體擴散層都沒有定位裝置，就會造成裝配困難，甚至會引起多片膜電極上下側氣體擴散層都發生錯位的嚴重后果。專利申請號201010557659.9，設計了膜電極的熱壓夾具，該設計必須涂覆脫模劑，否則無法脫模，但這會污染膜電極。專利申請號201310067915.X及申請號201110427036.4，各設計了一種熱壓夾具，此夾具靠螺絲施壓，僅需加熱即可完成熱壓。但對擰螺絲的力度要求很高，反復使用螺桿或螺紋易磨損。

發明內容

為了解決上述技術問題，本申請提供了一種制備燃料電池膜電極的組合裝置及方法，所述組合裝置包括熱壓工裝上板、熱壓工裝下板、陽極電極定位工裝、陰極電極定位工裝。

所述熱壓工裝上板和熱壓工裝下板分別包括第一定位孔、緩沖墊和凸臺，所述第一定位孔為圓形，放置活動定位銷，所述緩沖墊的大小和形狀與膜電極支撐框相匹配，所述凸臺的大小和形狀與其相接觸的電極相匹配，所述熱壓工裝在自然狀態下緩沖墊外平面高于凸臺平面，在熱壓狀態下緩沖墊外平面與凸臺平面齊平。

所述熱壓工裝上板和下板的外形幅寬、緩沖墊尺寸及定位孔的大小、位置分別一致，凸臺的不同。

所述陽極電極定位工裝和陰極電極定位工裝包括第二定位孔、內框和外框，所述第二定位孔的位置與熱壓工裝上板和熱壓工裝下板的第一定位孔相對應，所述內框尺寸和形狀分別與陽極電極和陰極電極相匹配。

所述熱壓工裝上板和下板采用金屬材質，包括不銹鋼、鋁合金等。

優選地，所述熱壓工裝的材質為鋁合金。

所述熱壓工裝的上板和下板厚度為5～20mm。

優選地，所述熱壓工裝的厚度為10mm。

所述熱壓工裝的上板和下板的背面設有排氣孔，可以在加熱時排出腔內氣體，有利于在冷卻后取出熱壓完成的膜電極。

所述熱壓工裝的上板和下板的背面設有溝槽，防止熱壓設備工作時與熱壓工裝形成真空吸附。