一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，先在质子交换膜一侧贴合一层薄膜支撑体，另一侧涂布催化剂浆料干燥得到催化剂层，然后在催化剂层一侧贴合薄膜支撑体，将另一侧薄膜支撑体剥离，再在该侧涂布催化剂浆料干燥得到催化剂层，然后去掉剩下的薄膜支撑体即制得膜电极组件；本方法有效地解决了催化剂浆料直接涂布时质子交换膜的溶胀和变形的缺点，工艺简单快捷，生产成本低，易于规模化生产等优点。

A Method for Preparing Membrane Electrode Module of Proton Exchange Membrane Fuel Cell

The invention discloses a preparation method of membrane electrode assembly for proton exchange membrane fuel cell. First, a thin film support is adhered on one side of the proton exchange membrane, then a catalyst layer is obtained by drying catalyst slurry on the other side, then a thin film support is adhered on one side of the catalyst layer, the other side of the film support is peeled off, and then a catalyst layer is obtained by drying catalyst slurry on the other side. After removing the remaining film support, the membrane electrode assembly is made. This method effectively solves the disadvantage of swelling and deformation of proton exchange membrane when catalyst slurry is directly coated. The process is simple and fast, the production cost is low, and the scale production is easy.

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法
本专利技术属于燃料电池膜电极领域，具体涉及到一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种能将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能的能量转化装置。燃料电池具有能量转化效率高、无废气排放等特点，被认为是解决能源危机和环境污染的最具前景的方案之一，特别是交通运输如汽车、船舶和备用电源等方面极具应用前景。正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的开发与应用备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净高效发电方式。目前膜电极制备方法按其催化剂层涂布工艺方式和过程不同，一般可分为间接法制备膜电极和直接法制备膜电极，其中直接法制备膜电极一直被视为实现膜电极大规模高效便捷的生产方法，但该方法仍存在两个问题：（1）催化剂浆料直接涂布到质子交换膜上时会引起膜收缩或溶胀；（2）催化剂浆料涂布过程需要将质子交换膜进行加热吸附，工艺操作复杂，不利于放大生产。因此，寻找直接将催化剂浆料涂布质子交换膜上的方法，对于提升膜电极及燃料电池成本具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，以解决湿浆液直接喷涂到膜上时引起膜收缩或膨胀。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，步骤为：（1）在质子交换膜一侧的底部水平放置一层薄膜支撑体，使薄膜支撑体和质子交换膜紧密贴合；（2）将催化剂浆料涂布于质子交换膜的另一侧，干燥以去除催化剂层中的溶剂；（3）另选一薄膜支撑体与质子交换膜有催化剂层的一侧水平紧密贴合在一起，再剥离质子交换膜未有催化剂层一侧的薄膜支撑体；（4）将催化剂浆料涂布于质子交换膜未有催化剂层的一侧，干燥以去除催化剂层中溶剂，然后剥离薄膜支撑体，即制得膜电极组件。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的催化剂浆料是全氟磺酸树脂溶液、醇和碳载贵金属的混合物，其固含量为2～20wt％。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上。或者为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上与Co、Ni、或Mn形成的二元以上合金。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其醇为甲醇、丙醇、异丙醇、正丙醇和丙三醇中的任一种。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其薄膜支撑体是表面张力系数为18～45mN/m的聚酯材料、聚四氟乙烯材料、聚乙烯材料或聚氯乙烯材料；厚度为50～200μm。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其质子交换膜的厚度为10～120μm。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的干燥温度为25～95℃，干燥时间为5～30min。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的干燥方式为热空气、红外、微波中的一种或两种以上。所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的涂布方法为丝网印刷、狭缝挤压涂布、刮刀涂布或喷涂。本专利技术的制备方法与现有技术相比：1，本专利技术解决了催化剂浆料直接涂布到质子交换膜上时引起膜收缩或溶胀的问题；2，本专利技术提供了质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法可避免在催化剂浆料直接涂布过程种对质子交换膜的加热吸附工艺；3，本专利技术提供了质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法的操作简单、便捷快速，适合批量生产。附图说明图1是本专利技术膜电极组件的结构示意图；图2和图3是本专利技术膜电极制备工艺过程示意图（图中A为质子交换膜，B为薄膜支撑体1，C为催化剂涂层，D为薄膜支撑体2）。具体实施方式结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明如下：实施例1（1）分别称量0.5g碳载铂催化剂（英国庄信万丰催化剂Hispec9100)中，再称量5g全氟磺酸树脂溶液（美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520），5g异丙醇，2.5g去离子水进行超声分散30min。（2）用高速分散机（德国IKA公司，T25数显型）以10000rpm搅拌90min，即得催化剂浆料。（3）质子交换膜（美国杜邦公司NR212,质子交换膜厚度约50μm）a侧底部放置一层薄膜支撑体1（PET薄膜厚度为100μm，表面张力系数45mN/m)，使薄膜支撑体1和质子交换膜a侧紧密贴合。（4）用丝网印刷方式将催化剂浆料涂布于质子交换膜b侧上，在温度为80℃下干燥约5min。（5）将薄膜支撑体2和质子交换膜b侧贴合在一起,剥离质子交换膜a侧的薄膜支撑体1。（6）将催化剂浆料涂布于质子交换膜a侧上，在温度为80℃下干燥约5min后，剥离质子交换膜b侧的薄膜支撑体2，即制得膜电极。实施例2（1）分别称量2g碳载铂钌催化剂（英国庄信万丰催化剂Hispec5000)中，再称量8g全氟磺酸树脂溶液（美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520），8g甲醇，5g去离子水进行超声分散30min。（2）用高速分散机（德国IKA公司，T25数显型）以10000rpm搅拌90min，即得催化剂浆料。（3）质子交换膜（美国戈尔公司质子交换膜厚度约18μm）a侧底部放置一层薄膜支撑体1（聚四氟乙烯薄膜厚度为200μm，表面张力系数18mN/m)，使薄膜支撑体1和质子交换膜a侧紧密贴合。（4）用狭缝挤压涂布机将催化剂浆料涂布于质子交换膜b侧上，在温度为25℃下干燥约30min。（5）将薄膜支撑体2和质子交换膜b侧贴合在一起,剥离质子交换膜a侧的薄膜支撑体1。（6）将催化剂浆料涂布于质子交换膜a侧上，在温度为25℃下干燥约30min后，剥离质子交换膜b侧的薄膜支撑体2，将即制得膜电极。实施例3（1）分别称量2g碳载铂-钴合金催化剂(Pt-Co/C,46wt%Pt,6wt%Co))中，再称量8g全氟磺酸树脂溶液（美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520），8g丙三醇，5g去离子水进行超声分散30min。（2）用高速分散机（德国IKA公司，T25数显型）以10000rpm搅拌90min，即得催化剂浆料。（3）质子交换膜（美国杜邦公司NR115,质子交换膜厚度约120μm）a侧底部放置一层薄膜支撑体1（聚氯乙烯薄膜厚度为50μm，表面张力系数40mN/m)，使薄膜支撑体1和质子交换膜a侧紧密贴合。（4）用喷涂机将催化剂浆料涂布于质子交换膜b侧上，在温度为95℃下干燥约5min。（5）将薄膜支撑体2和质子交换膜b侧贴合在一起,剥离质子交换膜a侧的薄膜支撑体1。（6）将催化剂浆料涂布于质子交换膜a侧上，在温度为95℃下干燥约5min后，剥离质子交换膜b侧的薄膜支撑体2，将即制得膜电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于，步骤为：（1）在质子交换膜一侧的底部水平放置一层薄膜支撑体，使薄膜支撑体和质子交换膜紧密贴合；（2）将催化剂浆料涂布于质子交换膜的另一侧，干燥以去除催化剂层中的溶剂；（3）另选一薄膜支撑体与质子交换膜有催化剂层的一侧水平紧密贴合在一起，再剥离质子交换膜未有催化剂层一侧的薄膜支撑体；（4）将催化剂浆料涂布于质子交换膜未有催化剂层的一侧，干燥以去除催化剂层中溶剂，然后剥离薄膜支撑体，即制得膜电极组件。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于，步骤为：（1）在质子交换膜一侧的底部水平放置一层薄膜支撑体，使薄膜支撑体和质子交换膜紧密贴合；（2）将催化剂浆料涂布于质子交换膜的另一侧，干燥以去除催化剂层中的溶剂；（3）另选一薄膜支撑体与质子交换膜有催化剂层的一侧水平紧密贴合在一起，再剥离质子交换膜未有催化剂层一侧的薄膜支撑体；（4）将催化剂浆料涂布于质子交换膜未有催化剂层的一侧，干燥以去除催化剂层中溶剂，然后剥离薄膜支撑体，即制得膜电极组件。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于，所述的催化剂浆料是全氟磺酸树脂溶液、醇和碳载贵金属的混合物，其固含量为2～20wt％。3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于，所述的贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上。4.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于，所述的贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上与Co、Ni、或Mn形成的二元以上合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏丰杰，詹明，叶东浩，杜灵根，方晓曦，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42