[發(fā)明專利]質(zhì)子交換膜燃料電池用高效長壽命膜電極制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111041387.1
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113497264B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋書范;李杲;周燕;李勇
• 申請（專利權(quán)）人: 愛德曼氫能源裝備有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M4/88
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 黎雙華

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為質(zhì)子交換膜燃料電池用高效長壽命膜電極制造工藝，包括下述工藝步驟：S1、配制碳粉漿料；S2、配制催化劑漿料；S3、溶脹處理；S4、催化層預(yù)處理；S5、構(gòu)成催化層，采用納米級噴涂機一在質(zhì)子交換膜上涂覆醇液，使得質(zhì)子交換膜表面溶脹，形成粗糙化表面和介孔，通過納米級噴涂機二向質(zhì)子交換膜表面涂覆碳粉漿料，形成碳粉層，向碳粉層表面噴涂催化劑漿料，使得催化劑與碳粉耦合，形成新型催化層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決鉑黑沉降的問題，提升膜電極的應(yīng)用壽命，同時降低催化層與質(zhì)子交換膜之間的界面接觸電阻，提升質(zhì)子傳導(dǎo)效率，提升燃料電池膜電極的發(fā)電效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為質(zhì)子交換膜燃料電池用高效長壽命膜電極制造工藝。

背景技術(shù)

膜電極組件又稱膜電極，是燃料電池發(fā)電的關(guān)鍵核心部件，膜電極與其兩側(cè)的雙極板組成了燃料電池的基本單元，對于膜電極來說，降低催化層與質(zhì)子交換膜之間的界面接觸電阻，可以提升質(zhì)子傳導(dǎo)效率。

公開號為CN104979567A的中國發(fā)明專利公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的制備方法，采用絲網(wǎng)印刷工藝和超聲噴涂工藝兩種膜電極的制備工藝，將電催化劑漿液Ⅰ采用絲網(wǎng)印刷工藝，電催化劑漿液Ⅱ采用超聲噴涂工藝先后直接或間接的擔(dān)載在質(zhì)子交換膜上，由此所制備的膜電極具有梯度式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的催化劑層；本發(fā)明利用不同電催化劑漿液中粘結(jié)劑含量的不同制備出高性能、長壽命、多層次、梯度式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膜電極；由于薄層電極中催化層致密的結(jié)構(gòu)和超聲噴涂疏松的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致前者界面電阻率低于后者，而在確保催化層有效面積時引用薄層電極面積大于噴涂面積，由此組裝電池時雙極板與薄層電極接觸的部分可以更好的幫助電子傳導(dǎo)。

其通過絲網(wǎng)印刷工藝和超聲噴涂工藝先后在膜電極上涂裝出梯度式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膜電極，更好的幫助電子傳導(dǎo)。

然而這種催化劑涂裝工藝存在一些問題，其一，由于電催化劑漿液中的主要活性成分是鉑黑，直接通過絲網(wǎng)印刷在膜電極上，保證了催化活性，但是在長期工作中，鉑黑長期工作受到電化學(xué)反應(yīng)影響溶解，會沉降遷移到質(zhì)子交換膜中，降低膜電極的應(yīng)用壽命。

其二，梯度式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膜電極保證了催化效果，但是多層催化劑的涂裝也增加了質(zhì)子交換膜與催化層間的電阻，影響了質(zhì)子傳導(dǎo)效率。

因此亟需設(shè)計質(zhì)子交換膜燃料電池用高效長壽命膜電極制造工藝來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供質(zhì)子交換膜燃料電池用高效長壽命膜電極制造工藝，以解決上述背景技術(shù)中提出的催化層中鉑黑長期工作會發(fā)生沉降，降低膜電極的應(yīng)用壽命，增加了質(zhì)子交換膜與催化層間的電阻，影響了質(zhì)子傳導(dǎo)效率的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：質(zhì)子交換膜燃料電池用高效長壽命膜電極制造工藝，包括下述工藝步驟：

S1、配制碳粉漿料：按3：1：2份量配制，取三份碳粉、一份導(dǎo)電云母粉和一份全氟磺酸樹脂充分混合備用；

S2、配制催化劑漿料：按3：1：1份量配制，取三份碳粉、一份鉑黑和一份全氟磺酸樹脂充分混合備用；

S3、溶脹處理：采用納米級噴涂機一在質(zhì)子交換膜上涂覆醇液，使得質(zhì)子交換膜表面溶脹，形成粗糙化表面和介孔；

S4、催化層預(yù)處理：通過機械手將溶脹后的質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移至多向平臺上，通過納米級噴涂機二向質(zhì)子交換膜表面涂覆碳粉漿料，噴涂機二在噴涂過程中，多向平臺配合調(diào)整方向，噴涂方式采用十字噴涂，Y軸路徑噴涂時，多向平臺沿Y軸方向翻轉(zhuǎn)30-40度，使質(zhì)子交換膜與噴涂機二之間形成30-40度的夾角，接著噴涂機二再進行噴涂，Y軸噴涂一遍后進行X軸噴涂，此時，多向平臺轉(zhuǎn)為水平，接著再沿X軸方向翻轉(zhuǎn)30-40度，使質(zhì)子交換膜與噴涂機二之間形成30-40度的夾角，接著噴涂機二再進行二次噴涂，噴涂完成多向平臺轉(zhuǎn)為水平，形成碳粉層，碳粉層厚度控制在0.1-1微米之間；