膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池技术方案

本发明专利技术提供了一种膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池。该膜电极的制备系统包括：边框薄膜制备系统，用于形成具有镂空区域的边框薄膜；层压系统，用于将边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；催化剂喷涂系统，用于对复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成膜电极；其中，边框薄膜制备系统、层压系统和催化剂喷涂系统沿物料的传输方向依次设置。采用上述制备系统提高了催化剂的利用率，降低了催化剂的用量，使催化剂层与质子交换膜更好地接触，从而提高了质子传导性，提高了电池性能，进而使采用上述制备系统的膜电极制备工艺能够适用于工业化批量生产，且成本较低。

Preparation system of membrane electrode, method for preparing membrane electrode, and fuel cell

The invention provides a preparation system of a membrane electrode, a preparation method of a membrane electrode and a fuel cell. The system includes the preparation of membrane electrode: border film preparation system for forming a border film with hollow area; laminating system for thin film frame are respectively arranged on both sides of the proton exchange membrane and the formation of laminated composite thin film; catalyst system for spraying, spraying the surface of the composite thin films on both sides of the catalyst, forming a membrane electrode among them, the border; film preparation system, laminating system and catalyst spraying system along the transmission direction of the material are provided. The preparation system can improve the utilization rate of catalyst and reduce the amount of catalyst, the catalyst layer and the proton exchange membrane better contact, thereby improving the proton conductivity, improve the battery performance, and make the preparation system of membrane electrode preparation technology can be suitable for industrial production, and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池
本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，涉及一种膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池。
技术介绍
目前膜电极按照结构不同可以分为CDM法和CCM法两种。其中，CDM法通常是将催化剂层制备到扩散层表面，形成扩散电极，然后将扩散电极与质子交换膜通过一定的工艺结合在一起。然而，在上述CDM法制备膜电极的工艺中，制得的扩散电极与质子交换膜的接触不够紧密，界面电阻较大，不利于质子传输，且催化剂层需要很厚，成本较高。因此，目前应用较为普遍的是CCM法，CCM法是通过将催化剂制备到质子交换膜上形成覆有催化剂的膜，再与扩散层结合在一起，这种方法可以提高催化剂的利用率，进一步降低Pt的用量，催化剂层与质子交换膜接触也更好，从而提高了质子传导性，提高了电池性能。CCM法主要分为间接法和直接法，间接CCM法制备膜电极的工艺主要通过将配制的催化剂浆料印刷、浇铸或喷涂在某种承印介质材料(如PTFE膜等)表面，然后通过热压将活性催化剂层转移到质子交换膜表面的方法；上述直接法制备膜电极的工艺是指将催化剂直接喷涂在质子交换膜表面从而制备膜电极的方法，工艺中通常采用框架将质子交换膜固定于喷涂平台上，并用真空吸附的方式使质子交换膜保持平整，然后将催化剂浆料直接喷涂在质子交换膜上，喷涂过程中采用加热或者光照的方式，瞬间将浆料中的熔剂挥发掉。然而，上述间接法制备CCM膜电极的不足之处在于温度和压力对膜以及催化剂在膜上附着强度有影响，而且在热压时，膜和转移介质接触的边缘由于受力不均匀，容易被破坏；另外，在转移过程中，由于热压使得部分催化剂黏在转移介质上使得催化剂利用率下降，且转移介质由于经常受热压而容易变形不能重复使用，增加制备成本。而对于已公布的直接法制备CCM膜电极，其仅仅是一种实验室小量的制备工艺不适合工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供了一种膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池，以解决现有技术中膜电极的生产工艺不适用于工业化生产的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种膜电极的制备系统，包括：边框薄膜制备系统，用于形成具有镂空区域的边框薄膜；层压系统，用于将边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；催化剂喷涂系统，用于对复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成膜电极；其中，边框薄膜制备系统、层压系统和催化剂喷涂系统沿物料的传输方向依次设置。进一步地，还包括传输装置，传输装置用于传输物料，传输装置包括第一传输装置，边框薄膜制备系统包括沿第一传输装置的传输方向依次设置的放卷设备、胶黏剂涂布设备、干燥设备和模切设备。进一步地，干燥设备为烘箱，烘箱中烘道的长度为3～15m。进一步地，层压系统包括辊压机，传输装置还包括与第一传输装置连接的第二传输装置，用于将边框薄膜和质子交换膜送入辊压机中。进一步地，传输装置还包括与第二传输装置连接的第三传输装置，催化剂喷涂系统包括沿第三传输装置的传输方向依次设置的催化剂喷涂设备和收卷设备，第三传输装置与第二传输装置连接。进一步地，催化剂喷涂设备包括第一喷涂组件和第二喷涂组件，第一喷涂组件和第二喷涂组件相对设置于第三传输装置的两侧。进一步地，制备方法包括以下步骤：S1，将预制薄膜形成具有镂空区域的边框薄膜；S2，将边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；S3，对复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成膜电极。进一步地，预制薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚萘二甲酸乙二醇酯膜。进一步地，步骤S1包括：步骤S11，在预制薄膜的一侧表面涂布胶黏剂，以形成胶黏层；步骤S12，对预制薄膜和胶黏层进行干燥处理，以形成固化薄膜；步骤S13，对固化薄膜进行模切处理，以得到边框薄膜。进一步地，在步骤S11中，胶黏剂在一侧表面的涂布速率为1～3m/min。进一步地，在步骤S11中，胶黏剂包括环氧树脂、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸树脂和聚乙烯醇缩丁醛中的任一种或多种。进一步地，胶黏层的厚度为5～100μm。进一步地，在步骤S12中，干燥处理的温度为50～130℃。进一步地，步骤S2包括：步骤S21，将两个边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧，以形成待层压薄膜；步骤S22，对待层压薄膜进行层压，层压的温度为50～80℃，压力为0.1～0.2MPa。进一步地，膜电极用于制备燃料电池，边框薄膜的镂空区域的面积与预设的燃料电池的反应区域的面积相等。应用本专利技术的技术方案，提供了一种膜电极的制备系统，由于该制备系统包括边框薄膜制备系统、层压系统和催化剂喷涂系统，且边框薄膜制备系统用于形成具有镂空区域的边框薄膜，层压系统用于将边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜，催化剂喷涂系统用于对复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成膜电极，从而通过在质子交换膜的两侧设置具有镂空区域的边框薄膜，无需通过框架将质子交换膜固定，即实现了催化剂在所需区域的喷涂，从而提高了催化剂的利用率，降低了催化剂的用量，使催化剂层与质子交换膜更好地接触，从而提高了质子传导性，提高了电池性能，进而使采用上述制备系统的膜电极制备工艺能够适用于工业化批量生产，且成本较低。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术实施方式所提供的一种膜电极的制备系统的结构示意图；以及图2示出了本专利技术实施方式所提供的膜电极的制备方法的流程示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、边框薄膜制备系统；110、放卷设备；120、胶黏剂涂布设备；130、干燥设备；140、模切设备；20、层压系统；210、辊压机；30、催化剂喷涂系统；311、第一喷涂组件；312、第二喷涂组件；320、收卷设备；40、传输装置。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。正如
技术介绍
中所介绍的，现有技术中直接法制备CCM膜电极，其仅仅是一种实验室小量的制备工艺不适合工业化生产。本申请的专利技术人针对上述问题进行研究，提出了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜电极的制备系统，其特征在于，包括：边框薄膜制备系统(10)，用于形成具有镂空区域的边框薄膜；层压系统(20)，用于将所述边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；催化剂喷涂系统(30)，用于对所述复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成所述膜电极；其中，所述边框薄膜制备系统(10)、所述层压系统(20)和所述催化剂喷涂系统(30)沿物料的传输方向依次设置。

【技术特征摘要】
1.一种膜电极的制备系统，其特征在于，包括：边框薄膜制备系统(10)，用于形成具有镂空区域的边框薄膜；层压系统(20)，用于将所述边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；催化剂喷涂系统(30)，用于对所述复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成所述膜电极；其中，所述边框薄膜制备系统(10)、所述层压系统(20)和所述催化剂喷涂系统(30)沿物料的传输方向依次设置。2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，还包括传输装置(40)，所述传输装置(40)用于传输物料，所述传输装置(40)包括第一传输装置，所述边框薄膜制备系统(10)包括沿所述第一传输装置的传输方向依次设置的放卷设备(110)、胶黏剂涂布设备(120)、干燥设备(130)和模切设备(140)。3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于，所述干燥设备(130)为烘箱，所述烘箱中烘道的长度为3～15m。4.根据权利要求2或3所述的制备系统，其特征在于，所述层压系统(20)包括辊压机(210)，所述传输装置(40)还包括与所述第一传输装置连接的第二传输装置，用于将所述边框薄膜和所述质子交换膜送入所述辊压机(210)中。5.根据权利要求4所述的制备系统，其特征在于，所述传输装置(40)还包括与所述第二传输装置连接的第三传输装置，所述催化剂喷涂系统(30)包括沿所述第三传输装置的传输方向依次设置的催化剂喷涂设备和收卷设备(320)，所述第三传输装置与所述第二传输装置连接。6.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述催化剂喷涂设备包括第一喷涂组件(311)和第二喷涂组件(312)，所述第一喷涂组件(311)和所述第二喷涂组件(312)相对设置于所述第三传输装置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢毅，谢光有，杜坤，李婷，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51