[發明專利]一種燃料電池膜電極的制備設備及系統

有效

• 申請號: 202111245703.7
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN114204045B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 張澤;周江峰;高佳武;王智捷;韓凱凱
• 申請（專利權）人: 東風汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 梁凱

本發明公開了一種燃料電池膜電極的制備設備及系統，所述膜電極包括第一催化層、電解質膜以及第二催化層。所述制備設備包括：第一制備機構，用于在電解質膜的第一表面制備第一催化層，第一制備機構包括第一傳送帶與第一制備裝置；第二制備機構，用于在電解質膜的第二表面制備第二催化層，包括第二傳送帶與第二制備裝置。第一傳送帶與第二傳送帶均具有真空吸附作用。進入第一傳送帶的上方皮帶的電解質膜在第一制備裝置的作用下形成第一催化層后，在第一傳送帶的真空吸附作用下傳輸到第一傳送帶的下方皮帶，在下方皮帶的傳輸過程中受第二傳送帶的吸附作用進入第二傳送帶并露出未形成催化層的表面，在第二制備裝置的作用下，形成第二催化層。

技術領域

本發明涉及膜電極制備技術領域，尤其涉及一種燃料電池膜電極的制備設備及系統。

背景技術

膜電極是燃料電池中燃料與氧化物發生電化學反應的場所，是燃料電池最為關鍵的核心零部件之一，其性能好壞直接影響到燃料電池的發電性能的優劣。膜包覆催化層(catalyst?coated?membrane，CCM)是膜電極當中的核心，是由一層電解質膜和兩邊的催化劑層組成的三明治結構，其中電解質膜既承擔了燃料電池中電解質的作用，將陽極產生的質子傳輸到陰極，又起到了分隔兩極燃料和氧化物，避免兩者直接接觸產生危險。催化劑層是將貴金屬催化劑(一般是鉑金催化劑)分散到溶劑中，再通過物理沉積或化學沉積的方法沉積到電解質膜的兩側，催化劑層是發生電化學反應的直接場所，催化層的的材料、工藝等因素直接關系到膜電極性能的好壞。

當今CCM的主流自動化制備工藝分為兩種：噴涂和直涂。噴涂包括超聲噴涂、靜電噴涂等，是將催化劑墨水通過某種方式霧化分散后，利用噴槍將墨水直接射出到基底材料上；直涂包括刮刀涂布、狹縫涂布、絲網印刷等，是將催化劑墨水直接利用刮涂的方式沉積在基底材料上。兩者相比起來，噴涂可以得到更好的催化層形貌，性能更好；而直涂可以實現更快的加工效率，產量更高。

CCM分為陽極和陰極，陽極和陰極一般采用不同的催化劑材料和催化劑擔載量，使得無論哪種CCM的制備方法都會面臨將CCM翻面的難題。電解質膜大多采用全氟磺酸樹脂作為原材料，厚度一般在10～30μm，極易吸水發生褶皺。若采用手工翻面，一方面極易造成電解質膜的褶皺和破損，另一方面也可能帶入污染物。

發明內容

本申請實施例提供了一種燃料電池膜電極的制備設備及系統，通過將傳送帶增加真空吸附作用，能夠在傳送過程中連續不間斷的在電解質膜的兩面制備出催化層，實現膜電極中膜包覆催化層的連續化生產，從而有效地提高了膜電極的生產效率。

第一方面，本發明通過本發明的一實施例提供如下技術方案：

一種燃料電池膜電極的制備設備，所述膜電極包括第一催化層、電解質膜以及第二催化層，所述制備設備包括：第一制備機構，用于在所述電解質膜的第一表面制備所述第一催化層，所述第一制備機構包括第一傳送帶與位于所述第一傳送帶末端上方的第一制備裝置；第二制備機構，用于在所述電解質膜的第二表面制備所述第二催化層，所述第二制備機構包括第二傳送帶與位于所述第二傳送帶末端上方的第二制備裝置，所述第二傳送帶位于所述第一傳送帶下方，所述第一傳送帶與所述第二傳送帶均具有真空吸附作用，且所述第一傳送帶的吸附力小于所述第二傳送帶的吸附力；進入所述第一傳送帶的上方皮帶的電解質膜在所述第一制備裝置的作用下形成所述第一催化層后，在所述第一傳送帶的真空吸附作用下傳輸到所述第一傳送帶的下方皮帶，在所述下方皮帶的傳輸過程中受所述第二傳送帶的吸附作用進入所述第二傳送帶并露出未形成催化層的表面，在所述第二制備裝置的作用下，形成所述第二催化層。

優選地，所述第一傳送帶與所述第二傳送帶平行，且所述第一傳送帶與所述第二傳送帶的垂直投影之間存在重疊。

優選地，所述第一傳送帶的下方皮帶與所述第二傳送帶的上方皮帶之間的垂直距離小于10cm。