一种直接涂布法制备膜电极的方法及其制备得到的膜电极技术

本发明专利技术涉及一种直接涂布法制备膜电极的方法及其制备得到的膜电极。所述方法包括如下步骤：(1)在分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜的一侧粘结保护膜；(2)对步骤(1)中第一活性物质催化剂层和保护膜之间的夹层空隙进行抽真空；(3)在所述质子交换膜另一侧上制备第二活性物质催化剂层。本发明专利技术在制备第二活性物质催化剂层时，在分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜一侧粘结保护膜，通过抽真空，使得保护膜和质子交换膜存在作用力，进而可以有效防止膜溶胀现象。

A Method of Preparing Membrane Electrode by Direct Coating and the Membrane Electrode Prepared

【技术实现步骤摘要】
一种直接涂布法制备膜电极的方法及其制备得到的膜电极
本专利技术属于燃料电池制备工艺领域，具体涉及一种直接涂布法制备膜电极的方法及其制备得到的膜电极。
技术介绍
燃料电池由于具有环境友好、能量密度高、室温下可快速启动和可靠性高等优点。与其他燃料电池相比质子交换膜燃料电池工作温度相对较低，适合用作电动车载、便携式电源。膜电极包括催化剂层、扩散层和质子交换膜，为质子交换膜燃料电池的电化学反应提供了质子、电子、反应气体和水连续通道。传统制备膜电极的方法有喷涂法和转印法。喷涂法效率低，制造成本高，自动化程度低，不能满足生产扩大化的要求。转印法首先将催化剂浆料涂覆在转印基质上，然后再转印到质子交换膜上，工艺流程复杂，转印基质价格昂贵，在转印过程中还存在不能完全转印，膜利用率低的问题。采用直接涂布方法制备膜电极，自动化程度高，效率高，制造成本低，可满足生产扩大化生产，但在直接涂布过程中存在膜溶胀问题，导致制备的膜电极表面不平整、均匀度差，还会影响膜电极性能。CN104969396B公开了一种阳极催化剂层的用途，所述阳极催化剂层包含一氧化碳耐受性催化剂材料，其中该催化剂材料包含：(1)PtX的二元合金，其中X是选自铑和锇的金属，和其中铂在该合金中的原子百分比是45～80原子％，和X在该合金中的原子百分比是20～55原子％；(2)PtX合金分散在其上的载体材料；其中该铂族金属(PGM)在该阳极催化剂层中的总负载量是0.01～0.2mg/cm2；和其中在该燃料电池运行期间，将包含至多5ppm的一氧化碳的不纯的氢气流供至该阳极。所述电极其并没有解决电极进行涂布过程中存在的膜溶胀问题。CN100395909C公开了一种燃料电池、其催化剂层及该催化剂层的制造方法。所述催化剂层包括一管状载体及形成在该管状载体表面上的催化剂。其中，该管状载体包括纳米管状的金属或导电性氧化物，催化剂沉积形成在该纳米管内壁表面及外壁表面。所述电池的制备工艺复杂，不能工业化生产。CN103765643B公开了燃料电池用电极催化剂层、燃料电池用电极、燃料电池用膜电极组件以及燃料电池。所述燃料电池用电极催化剂层具备电极催化剂和包覆电极催化剂的离聚物，所述电极催化剂具有导电性载体以及负载于导电性载体表面的含铂金属粒子。并且，该燃料电池用电极催化剂层离聚物的平均厚度为2.4nm以下。所述电极其并没有解决电极进行涂布过程中存在的膜溶胀问题。因此，本领域亟需一种新型膜电极的制备方法，使其能够解决直接涂布过程中存在的膜溶胀问题，并且制备过程简单，可工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直接涂布法制备膜电极的方法及其制备得到的膜电极，所述方法能有效解决直接涂布过程中存在的膜溶胀问题，并且制备过程简单，可工业化生产，得到的膜电极表面平整、均匀度高且电化学性能优异。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种直接涂布法制备膜电极的方法，所述方法包括如下步骤：(1)在分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜的一侧粘结保护膜；(2)对步骤(1)中第一活性物质催化剂层和保护膜之间的夹层空隙进行抽真空；(3)在所述质子交换膜另一侧上制备第二活性物质催化剂层。本专利技术在制备第一活性物质催化剂层时，在分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜一侧粘结保护膜，通过抽真空，使得保护膜和质子交换膜存在作用力，进而可以有效防止膜溶胀现象。本专利技术相对于现有技术中，在质子交换膜的一侧涂布阴极或阳极催化剂层后在另一侧直接涂布阳极或阴极催化剂层的方式，本专利技术能够有效解决膜溶胀问题，得到的膜电极表面平整、均匀度高且电化学性能优异。优选地，所述第一活性物质催化剂层为阴极催化剂层，第二活性物质催化剂层为阳极催化剂层；或，所述第一活性物质催化剂层为阳极催化剂层，第二活性物质催化剂层为阴极催化剂层。本专利技术对所述阳极催化剂层和阴极催化剂层不做具体限定，示例性的阴极催化剂层可为Pt/C催化剂层或者PtM/C催化剂层，所述M可为：铜、钴、镍、钯、钌、铱、锰、铈、铑或钛中的任意一种或少两种的组合；示例性的阳极催化剂层可为Pt/C催化剂层。优选地，步骤(2)所述抽真空使体系的真空度为-0.1MPa～0MPa，例如-0.09MPa、-0.08MPa、-0.07MPa、-0.06MPa、-0.05MPa、-0.04MPa、-0.03MPa、-0.02MPa或-0.01MPa等。优选地，步骤(2)所述抽真空采用的设备为真空泵和/或压缩机。优选地，步骤(1)所述粘结的方式为在质子交换膜上涂胶。优选地，所述涂胶为距离质子交换膜边缘>1mm处涂胶，优选为距离质子交换膜边缘1mm～2mm处涂胶，例如1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm等。优选地，所述涂胶的位置为质子交换膜上的空白位置。本专利技术所述空白位置为无第一活性物质催化剂层的位置。优选地，所述质子交换膜上涂胶量为0.1mL/min～5.0mL/min，例如0.2mL/min、0.5mL/min、0.8mL/min、1mL/min、1.2mL/min、1.5mL/min、2mL/min、2.5mL/min、3mL/min、3.5mL/min、4mL/min或4.5mL/min等。本专利技术所述涂胶量小于时0.1mL/min，可能密封不好，存在漏气问题；本专利技术所述涂胶量大于5.0mL/min，胶太多会造成膜边缘被过量覆盖，膜利用率低；胶也有可能会渗到有效区域影响膜电极性能。优选地，步骤(1)所述胶为UV胶、丙烯酸胶、有机硅胶、环氧胶和聚氨酯胶中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述质子交换膜为全氟磺酸膜或PBI膜。优选地，步骤(1)所述保护膜为PET膜、PVC膜、PP膜和PE膜中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术所述PBI膜为磷酸掺杂聚苯并咪唑膜；所述PET膜为聚对苯二甲酸类聚对苯二甲酸乙二醇酯膜；所述PVC膜为聚氯乙烯膜；所述PP膜为聚丙烯膜；所述PE膜为聚乙烯膜。优选地，所述保护膜与质子交换膜的尺寸相同。优选地，步骤(1)之后还包括固化的过程。优选地，所述胶为UV胶，所述固化的方式为UV紫外线固化。优选地，所述胶为有机硅胶、环氧胶和聚氨酯胶中的任意一种或至少两种的组合，所述固化的方式为常温固化和/或热固化。优选地，步骤(1)所述质子交换膜为一侧具有保护膜的质子交换膜。优选地，步骤(1)所述分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜的制备过程包括：在质子交换膜没有保护膜的一侧上涂布第一活性物质催化剂浆料，干燥。本专利技术在制备第一活性物质催化剂层时，质子交换膜的另一侧覆有保护膜，对质子交换膜存在作用力，所以涂布时没有明显膜溶胀现象。优选地，所述涂布方式为凹版涂布和/或条缝涂布。本专利技术对于第一活性物质催化剂浆料涂布的厚度不做具体限定，本领域人员可根据实际需要进行特定的厚度选择，在本专利技术中示例性的厚度可以选择0.5μm～15μm，例如0.6μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm或14μm等。优选地，所述第一活性物质催化剂浆料的粘度为1mpa.s～500mpa.s，例如10mpa.s、50mpa.s、100mpa.s本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接涂布法制备膜电极的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)在分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜的一侧粘结保护膜；(2)对步骤(1)中第一活性物质催化剂层和保护膜之间的夹层空隙进行抽真空；(3)在所述质子交换膜另一侧上制备第二活性物质催化剂层。

【技术特征摘要】
1.一种直接涂布法制备膜电极的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)在分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜的一侧粘结保护膜；(2)对步骤(1)中第一活性物质催化剂层和保护膜之间的夹层空隙进行抽真空；(3)在所述质子交换膜另一侧上制备第二活性物质催化剂层。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一活性物质催化剂层为阴极催化剂层，第二活性物质催化剂层为阳极催化剂层；或，所述第一活性物质催化剂层为阳极催化剂层，第二活性物质催化剂层为阴极催化剂层。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述抽真空使体系的真空度为-0.1MPa～0MPa；优选地，步骤(2)所述抽真空采用的设备为真空泵和/或压缩机。4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结的方式为在质子交换膜上涂胶；优选地，所述涂胶为距离质子交换膜边缘>1mm处涂胶，优选为距离质子交换膜边缘1mm～2mm处涂胶；优选地，所述涂胶的位置为质子交换膜上的空白位置；优选地，所述质子交换膜上涂胶量为0.1mL/min～5.0mL/min；优选地，步骤(1)所述胶为UV胶、丙烯酸胶、有机硅胶、环氧胶和聚氨酯胶中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述质子交换膜为全氟磺酸膜或PBI膜；优选地，步骤(1)所述保护膜为PET膜、PVC膜、PP膜和PE膜中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述保护膜与质子交换膜的尺寸相同；优选地，步骤(1)之后还包括固化的过程；优选地，所述胶为UV胶，所述固化的方式为UV紫外线固化；优选地，所述胶为有机硅胶、环氧胶和聚氨酯胶中的任意一种或至少两种的组合，所述固化的方式为常温固化和/或热固化。5.如权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述质子交换膜为一侧具有保护膜的质子交换膜；优选地，步骤(1)所述分布有第一活性物质催化剂层的质子交换膜的制备过程包括：在质子交换膜没有保护膜的一侧上涂布第一活性物质催化剂浆料，干燥；优选地，所述涂布方式为凹版涂布和/或条缝涂布；优选地，所述第一活性物质催化剂浆料的粘度为1mpa.s～500mpa.s；优选地，所述第一活性物质催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀，吴丹，乔静，范书琼，张晓华，米诗阳，苏建敏，朱威，
申请(专利权)人：苏州擎动动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32