[發(fā)明專利]PBI磷酸膜電極的制備方法

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• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN115064745A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設計）人: 南東北
• 申請（專利權）人: 南東北
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/1088;B65B31/04;B65D30/08;B65D33/00
• 代理公司: 蘇州凱謙巨邦專利代理事務所(普通合伙) 32303
• 代理人: 郭妍

本發(fā)明公開了一種PBI磷酸膜電極的制備方法，涉及膜電極相關技術領域，包括PBI浸漬磷酸膜的制備方法、GDE擴散層催化劑涂布方法、膜電極熱壓、粘合成型工藝和模具工裝，其中PBI膜采用磷酸浸漬，GDE擴散層催化劑涂布采用異丙醇、乙二醇、水等作為溶劑，對催化劑貴金屬顆粒進行分散，催化劑漿液配制過程中還添加使用分散助劑，或者表面活性劑，進行催化劑漿液的粘度調(diào)節(jié)。本發(fā)明針對PBI磷酸膜電極的制備工藝方法不適應批量制備的問題，以及批量制備膜電極所必須的物理形貌和尺寸的均一性進行工藝改進。

技術領域

本發(fā)明涉及膜電極技術領域，特別涉及一種PBI磷酸膜電極的制備方法。

背景技術

膜電極是燃料電池的核心部件，是電化學反應的主要場所，由膜、電極、催化劑壓合或粘接而成，其中，電解質(zhì)膜是國際技術競爭的焦點，BPI基磷酸電解質(zhì)膜的核心控制參數(shù)是PBI和液態(tài)磷酸的含量占比，同時，電化學反應通過電解質(zhì)、催化劑、氣態(tài)燃料的三相界面發(fā)生，因為磷酸作為液態(tài)電解質(zhì)，膜的形貌更不可控，造成膜電極的批量制備工藝難以實現(xiàn)。

因此，發(fā)明一種PBI磷酸膜電極的制備方法來解決上述問題很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術問題

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種PBI磷酸膜電極的制備方法，該膜電極的漿液制備及涂布方式適應大批量“卷對卷”生產(chǎn)方式，電極在熱壓工藝過程的平整度通過限位模具得以實現(xiàn)。高溫PBI磷酸浸漬膜制備及其采用GDE熱壓成型的操作的工藝過程，解決了現(xiàn)有的制備方法不適應批量制備的問題。

(二)技術方案

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種PBI磷酸膜電極的制備方法，包括以下步驟：

A：PBI膜采用磷酸浸漬，一定比例的焦磷酸和水復配，PBI膜浸入酸缸，酸缸置入鼓風烘箱或其他恒溫環(huán)境；

B：將步驟A產(chǎn)生的膜從酸缸中取出置入吸水紙，擦拭干凈表面的余酸，采用重量控制浸酸量偏差，從而調(diào)節(jié)膜中酸含量及批量產(chǎn)品的酸含量的分布寬度；

C：膜電極采用GDE結(jié)構(gòu)，通過催化劑層在擴散層碳紙、碳布或碳氈上的涂敷，匹配膜電極的陽極催化劑和陰極催化劑載量，調(diào)節(jié)陽極催化劑和陰極催化劑的分布寬度；

D：催化劑漿液的配制，采用異丙醇、乙二醇、水等作為溶劑，對催化劑貴金屬顆粒進行分散，催化劑漿液配制過程中還添加使用助劑，或者表面活性劑，進行催化劑漿液的粘度調(diào)節(jié)，適應模口擠出的粘度和均勻性要求，以及催化劑的分散性要求，對涂布催化劑漿液的關鍵參數(shù)調(diào)節(jié)；

E：擴散層邊緣與膜電極保護框之間施膠以確保兩者在后續(xù)熱壓步驟時牢固粘接；

F：依次將帶膠的上擴散層、上保護框、磷酸浸漬PBI隔膜、下保護框、帶膠的下擴散層疊放進入熱壓模具，采用MEA高溫熱壓合，使得上擴散層、上保護框、磷酸浸漬PBI隔膜、下保護框、下擴散層五者合一；

G：使用帶有遮光層的真空密封袋對步驟F的得到的膜電極產(chǎn)品進行包裝，抽真空密封保存。

可選的，步驟A中焦磷酸和水的比例為1：5到1：6之間，酸缸中采用恒溫設置，溫度在200-300℃，時間是酸含量的函數(shù)，通過浸泡時間，控制浸酸量的大小，膜的酸含量為自身PBI膜的干重的100-300％。

可選的，步驟B中通過采用稱重的方式來控制浸酸量偏差，在基膜尺寸一致的情況下，浸酸膜的重量偏差±0.5g之內(nèi)。