[發明專利]一種膜電極制備裝置及其制備方法

在審

• 申請號: 202110125519.2
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112803050A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 曾黎;汪圣龍;劉培淳;劉坤;蔣中林;華周發
• 申請（專利權）人: 山東魔方新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M4/88;B05C9/14;B65H23/26
• 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，尤其涉及一種膜電極的制備裝置，包括：第一放卷組件，用于放卷質子交換膜，質子交換膜的A面附著有第一催化劑層，質子交換膜的B面附著有背膜；第二放卷組件，用于放卷多孔膜；剝離組件，用于剝除背膜；貼合組件，用于將質子交換膜附著有第一催化劑層的一面和多孔膜貼合；吸附加熱組件，通過吸附多孔膜將質子交換膜附著在吸附加熱組件的表面并加熱；涂布組件，用于對質子交換膜的B面涂覆第二催化劑漿料以形成第二催化劑層；干燥組件，用于干燥第二催化層以得到膜電極。本發明提供的膜電極制備裝置，在涂覆第二催化劑漿料時可抑制質子交換膜發生溶脹，提高了膜電極的制備優率，生產效率高，有利于大批量生產。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種膜電極制備裝置及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)是燃料電池的一個重要分支，它以其快速啟動、可室溫運行、無電解液流出、重量小、比功率高、對環境無污染和用途廣等特點，逐漸成為燃料電池研究中的主流。

膜電極(MEA)組件為質子交換膜燃料電池的電化學反應提供了質子、電子、反應氣體和水的連續通道，是質子交換膜燃料電池實現化學能和電能轉換的關鍵部件，其性能好壞直接影響到質子交換膜的性能發揮。膜電極包括質子交換膜和附著在質子交換膜兩面的催化劑層。

膜電極的制備工藝目前多為熱壓轉印、超聲噴涂等，但是超聲噴涂效率低，優率低。熱壓轉印工藝繁瑣、效率較低，優率低。

Catalyst Coated Membrane(CCM)是將催化劑直接作用在質子交換膜的兩面，無需熱壓以制備膜電極的一種技術，也稱雙面直涂技術，雙面直涂生產效率高，優率高，能夠提高催化劑的利用率和質子傳導性，進一步降低催化劑Pt的擔載量，適合大批量生產，但是難度極高。這是因為由于CCM直接涂覆法只能在質子交換膜的第一面直接涂覆，如果直接在質子交換膜的第二面直接涂覆催化劑會造成質子交換膜發生大尺寸不可控的溶脹。

現有技術中，為了避免質子交換膜在第二面直接涂覆催化劑層時發生的溶脹，造成產品不良，多采用熱壓轉印和超聲噴涂的方法。然而，熱壓轉印法制備膜電極過程繁瑣且產品優率低，超聲噴涂催化劑利用率低，優率低，生產節奏慢等缺點，均不適合大規模商業化量產。近來也有一些新方法，如采用抗溶脹膜的方式復合涂好第一面的催化劑涂層質子膜，通過膠層吸附的方法抑制涂第二面催化劑層的時候產生的溶脹，但在涂覆完第二面催化劑層后，去除抗溶脹膜時可能會將第一面的部分催化劑層粘掉；另外，抗溶脹膜還對第一面的催化劑層有選擇粘結作用，即某些第一面催化劑層的配方不能讓抗溶脹膜緊密粘結。

鑒于此，確有必要提供一種技術方案以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種膜電極制備裝置，保證在涂第二面催化層的時候，質子膜不會發生大尺寸不可控的溶脹。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種膜電極制備裝置，包括：

第一放卷組件，用于放卷質子交換膜，所述質子交換膜的A面附著有第一催化劑層，所述質子交換膜的B面附著有背膜；

第二放卷組件，用于放卷多孔膜；

剝離組件，設置于所述第一放卷組件的下游，用于剝除所述背膜；

貼合組件，設置于所述第二放卷組件和所述剝離組件的下游，用于將所述質子交換膜附著有所述第一催化劑層的一面和所述多孔膜貼合；

吸附加熱組件，設置于所述貼合組件的下游，通過吸附所述多孔膜將所述質子交換膜附著在所述吸附加熱組件的表面并加熱；

涂布組件，與所述吸附加熱組件相對應設置，用于對所述質子交換膜的B面涂覆第二催化劑漿料以形成第二催化劑層；