一种燃料电池膜电极及其制备方法、燃料电池技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池膜电极的制备方法，包括步骤：S1，取质子交换膜，质子交换膜的A面带PET膜，在质子交换膜的B面涂布形成第一催化剂层；S2，取一单面设置有胶层的保护膜，使得所述胶层与所述第一催化剂层粘接；S3，剥离PET膜，在质子交换膜的B面涂布形成第二催化剂层；S4，将保护膜或胶膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层，在第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层。相比于现有技术，该方法操作简单，解决质子交换膜遇溶剂产生溶胀起皱的问题，改善被涂覆面的平整度。另外，本发明专利技术还提供一种采用该方法制得的燃料电池膜电极和一种燃料电池。

A fuel cell membrane electrode and its preparation method, fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极及其制备方法、燃料电池
本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池膜电极及其制备方法、燃料电池。
技术介绍
燃料电池是通过发生电化学反应而产生电能的一种发电装置。燃料电池通常可分为碱性燃料电池、固态氧化物燃料电池、以及质子交换膜燃料电池等；其中，质子交换膜燃料电池近年来发展迅速，越来越受到重视。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极通常由一质子交换膜和分别设置在该质子交换膜两表面的电极组成。通常，电极又包括催化剂层和气体扩散层，且催化剂层设置在气体扩散层与质子交换膜之间。其中，催化剂层的制备方法有两种，一种是直接法，将催化剂浆料直接涂在质子交换膜上，另一种是间接法，先将催化剂浆料涂覆在转移戒指上，然后通过热压将催化剂层固定在质子交换膜上。直接法虽然操作简单，但是催化剂浆料中含有低级醇类溶剂，质子交换膜遇到这类溶剂后会产生溶胀起皱，导致催化剂浆料的直接涂覆困难，特别是在质子交换膜的完成第二面的涂覆时。而间接法虽然能解决质子交换膜的溶胀起皱的问题，但是操作较复杂，在转印过程中存在贵金属催化剂的浪费现象。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种燃料电池膜电池的制备方法，操作简单，解决质子交换膜遇溶剂产生溶胀起皱的问题，改善被涂覆面的平整度。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：S1，取质子交换膜，所述质子交换膜的A面自带PET膜，在所述质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料，干燥形成第一催化剂层；S2，取一单面设置有胶层的保护膜，使得所述胶层与所述第一催化剂层粘接；S3，剥离所述PET膜，在所述质子交换膜的A面涂布第二催化剂浆料，干燥形成第二催化剂层；S4，将所述保护膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层，在所述第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层，得到燃料电池膜电极。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，在步骤S2中，操作环境为常压或者真空度为0～-0.1MPa的真空环境下。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述保护膜为PET膜、PE膜、PP膜、PI膜和PEN膜中的任意一种或者其中至少两种组成的复合膜。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述胶层的材料为有机硅、氟改性有机硅和氟改性硅油中的至少一种；在步骤S4中，所述保护膜直接剥离即可。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述胶层为热失粘胶层，在步骤S4中，通过热处理使所述热失粘胶层失去粘性后对所述保护膜进行剥离。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述胶层为UV失粘胶层，在步骤S4中，通过UV处理使所述UV失粘胶层失去粘性后对所述保护膜进行剥离。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述第一催化剂浆料和所述第二催化剂浆料中均含有碳载贵金属催化剂，其中，贵金属含量为0.1～1mg/cm2。碳载贵金属催化剂为Pt/C或者PtRu/C。作为本专利技术所述的燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层为碳纤维纸或碳纤维布。本专利技术的目的之二在于：提供一种燃料电池膜电极，采用说明书前文任一段所述的制备方法制备而得。本专利技术的目的之三在于：提供一种燃料电池，包括说明书前文所述的燃料电池膜电极。相比于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：1)在本专利技术中，在常压或真空条件下在第一催化剂层的表面覆一层保护膜，可以去除第一催化剂层中存在的空气。2)在本专利技术中，当对质子交换膜另一面进行涂覆，由于保护膜的存在，会在质子交换膜的两面形成压差，大气压会将质子交换膜紧压于保护膜上，不会鼓起，克服了质子交换膜遇溶剂溶胀变形的问题，保证被涂覆面的平整易涂。3)本专利技术的工艺简单，生产成本低，第一催化剂层和第二催化剂层均匀性好，适合工业化生产，可满足质子交换膜燃料电池领域的开发和应用。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。实施例1膜电极的制备：S1，取质子交换膜，质子交换膜的A面自带PET膜，在质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的Pt/C)，干燥形成第一催化剂层；S2，取一单面设置有氟改性有机硅胶层的PET膜，真空条件(真空度为0～-0.1MPa)下，使得氟改性有机硅胶层与第一催化剂层粘接；S3，剥离PET膜，在质子交换膜的A面涂布第二催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的Pt/C)，干燥形成第二催化剂层；S4，直接将PEI膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层(碳纤维纸)，在第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层(碳纤维纸)，得到燃料电池膜电极。燃料电池的制备：将膜电极、集流板与端板及密封材料等组装成燃料电池。实施例2与实施例1不同的是膜电极的制备：S1，取质子交换膜，质子交换膜的A面自带PET膜，在质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的Pt/C)，干燥形成第一催化剂层；S2，取一单面设置有热失粘胶层的PI膜，真空条件(真空度为0～-0.1MPa)下，使得热失粘胶层与第一催化剂层粘接；S3，剥离PET膜，在质子交换膜的A面涂布第二催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的PtRu/C)，干燥形成第二催化剂层；S4，通过热处理使得热失粘胶层失去粘性后将PI膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层(碳纤维纸)，在第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层(碳纤维布)，得到燃料电池膜电极。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例3与实施例1不同的是膜电极的制备：S1，取质子交换膜，质子交换膜的A面自带PET膜，在质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的PtRu/C)，干燥形成第一催化剂层；S2，取一单面设置有UV失粘胶层的PEN膜，真空条件(真空度为0～-0.1MPa)下，使得UV失粘胶层与第一催化剂层粘接；S3，剥离PET膜，在质子交换膜的A面涂布第二催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的Pt/C)，干燥形成第二催化剂层；S4，通过UV处理使UV失粘胶层失去粘性后将PEN膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层(碳纤维布)，在第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层(碳纤维纸)，得到燃料电池膜电极。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例4与实施例1不同的是膜电极的制备：S1，取质子交换膜，质子交换膜的A面自带PET膜，在质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料(含贵金属含量为0.1～1mg/cm2的PtRu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，取质子交换膜，所述质子交换膜的A面自带PET膜，在所述质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料，干燥形成第一催化剂层；/nS2，取一单面设置有胶层的保护膜，使得所述胶层与所述第一催化剂层粘接；/nS3，剥离所述PET膜，在所述质子交换膜的A面涂布第二催化剂浆料，干燥形成第二催化剂层；/nS4，将所述保护膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层，在所述第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层，得到燃料电池膜电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，取质子交换膜，所述质子交换膜的A面自带PET膜，在所述质子交换膜的B面涂布第一催化剂浆料，干燥形成第一催化剂层；
S2，取一单面设置有胶层的保护膜，使得所述胶层与所述第一催化剂层粘接；
S3，剥离所述PET膜，在所述质子交换膜的A面涂布第二催化剂浆料，干燥形成第二催化剂层；
S4，将所述保护膜剥离，在第一催化剂层的表面形成第一气体扩散层，在所述第二催化剂层的表面形成第二气体扩散层，得到燃料电池膜电极。


2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，操作环境为常压或者真空度为0～-0.1MPa的真空环境下。


3.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述保护膜为PET膜、PE膜、PP膜、PI膜和PEN膜中的任意一种或者其中至少两种组成的复合膜。


4.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述胶层的材料为有机硅、氟改性有机硅和氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，汪圣龙，蒋中林，曾黎，
申请(专利权)人：东莞市魔方新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44