一种膜电极用胶粘剂及膜电极制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种膜电极用胶粘剂及膜电极，一种膜电极用光固化胶粘剂，包括光固化胶粘剂本体和有机光敏剂，所述有机光敏剂为含有金属离子的金属酞菁配合物的一种或多种混合物，和/或，含有金属离子的硬脂酸盐中的一种或多种混合物，胶粘剂中添加的有机光敏剂既可促进胶粘剂交联固化，提高其固化效率，又可作为自由基捕捉剂消灭燃料电池运行过程中产生的自由基，以减缓胶粘剂的降解，能避免添加多种只有单一功能的添加剂影响胶粘剂的粘接性能。响胶粘剂的粘接性能。响胶粘剂的粘接性能。

【技术实现步骤摘要】
一种膜电极用胶粘剂及膜电极


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种膜电极用胶粘剂及膜电极。

技术介绍

[0002]燃料电池是几十至几百个膜电极的组合体，膜电极是燃料电池电堆的心脏，其性能和使用寿命决定了燃料电池的使用条件和寿命，在电池的运行过程中，只要有任何一个膜电极出现损坏及漏气，整个电池就不能工作。膜电极作为燃料电池的核心组件，主要由阳极气体扩散层、阳极催化剂层、质子交换膜、阴极催化剂层和阴极气体扩散层组成。当前膜电极的主流封装方法是双边框封装法，首先在质子交换膜的两面分别涂布阳极催化剂层和阴极催化剂层，制备出具有三层结构的催化剂涂布膜，然后把催化剂涂布膜的边缘与两个边框边缘通过胶粘剂粘接密封起来，形成一个五层组件，最后两层气体扩散层分别通过胶粘剂来粘接边框，形成七层的膜电极。现有技术中也有采用单边框封装技术的膜电极，但是无论是制备双边框结构的膜电极还是单边框结构的膜电极，都需要使用胶粘剂。胶粘剂在膜电极中不仅起到粘接固定作用，还起到密封作用，防止燃料电池在运行过程中出现催化剂涂布膜损坏及漏气现象，因此，胶粘剂的粘接性和稳定性对膜电极的性能和使用寿命有很大影响。
[0003]胶粘剂的成分一般是高分子聚合物。在燃料电池运行过程中，氢气和氧气在铂金催化剂的作用下产生过氧化氢，过氧化氢与膜电极中的金属离子杂质反应产生自由基，从而攻击胶粘剂的高分子链，使胶粘剂发生降解从而失效，导致膜电极气密性降低，而且，胶粘剂降解产生的中间体或者产物可能会毒化燃料电池催化剂以及降解质子交换膜，进而影响膜电极的性能和使用寿命。
[0004]目前出现一些将添加剂用于膜电极各层的活性区域内的技术，这些添加剂可清除反应时产生的过氧化氢和自由基。然而，由于膜电极的活性区域和粘接区域的环境不一样，这些添加剂在其中存在的方式也不同，而且添加在活性区域的添加剂扩散速度及流失速度较快，难以对膜电极起到长时间的保护，难以大幅提高燃料电池的寿命。中国专利“一种膜电极用胶粘剂及膜电极”(公开号：CN112375529A，公开日：2021.02.19)公开了一种胶粘剂，其在胶粘剂中加入了自由基捕捉剂，以使膜电极不容易降解失效，有利于延长膜电极的使用寿命。但是这种自由基捕捉剂只能起到消除自由基的单一作用，若想优化胶粘剂的其他性能，则需要加入其他添加剂，然而当添加剂种类或用量过多时，除了会增加膜电极的成本，还会影响胶粘剂的粘接性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种膜电极用胶粘剂及膜电极，胶粘剂中添加的有机光敏剂既可促进胶粘剂交联固化，提高其固化效率，又可作为自由基捕捉剂消灭燃料电池运行过程中产生的自由基，以减缓胶粘剂的降解，能避免添加多种只有单一功能的添加剂影响胶粘剂的粘接性能。
[0006]本专利技术采取的技术方案是，提供一种膜电极用胶粘剂，一种膜电极用光固化胶粘剂，其特征在于，包括光固化胶粘剂本体和有机光敏剂，所述有机光敏剂为含有金属离子的金属酞菁配合物的一种或多种混合物，和/或，含有金属离子的硬脂酸盐中的一种或多种混合物。
[0007]在燃料电池运行的过程中，氢气和氧气在催化剂层的铂金催化剂作用下产生过氧化氢，过氧化氢与膜电极中的金属离子杂质反应产生自由基(如式1)，而这些自由基会攻击胶粘剂的高分子链，使其发生降解而失效，导致膜电极气密性降低，且降解产生的中间体或产物可能会毒化催化剂层及进一步降解质子交换膜，进而影响膜电极的性能和使用寿命。
[0008]式1：
[0009]Formation of H2O2：
[0010]H2→
2H
·
(via Pt catalyst)
[0011]H
·
+O2(diffused through PEM)
→
HOO
·
[0012]HOO
·
+H
·
→
H2O2(which can diffuse into PEM)
[0013]or
[0014]2H
+
+O2+2e
→
H2O2[0015]Generation of free radical：
[0016]H2O2+M
2+
(Fe
2+
，Cu
2+
，etc)
→
M
3+
+
·
OH+OH
‑
[0017]M
3+
+HO2‑
→
M
2+
+HOO
·
[0018]·
OII+H2O2→
H2O+HOO
·
[0019]在本技术方案中，在光固化胶粘剂中加入的有机光敏剂可兼具自由基捕捉剂的作用，可以捕捉并消灭燃料电池运行过程中产生的自由基，降低和减缓胶粘剂在膜电极在运行时的降解，同时还可提高光固化胶粘剂的固化效率，采用一种添加剂即可优化胶粘剂的多种性能，可大幅减少添加剂的用量，从而保证胶粘剂的粘接性能；在膜电极制备过程中，在粘接部位涂布本技术方案的胶粘剂后，在紫外光的照射下，有机光敏剂吸收紫外光产生活性自由基或阳离子，促进胶粘剂本体的高聚物发生交联固化反应，加速胶粘剂的固化速度，在固化后有机光敏剂仍留存在用于密封的胶粘剂内，且依然能保持活性，其在燃料电池运行过程中可作为自由基捕捉剂，将活性区域产生并扩散至粘接部位的自由基捕捉并消灭，因此不需额外引入其他金属离子捕捉自由基，实现一种添加剂兼具两种优化功能的效果。
[0020]进一步地，所述金属离子为铈离子、锰离子或钴离子的一种或多种。采用这些金属离子能使自由基捕捉效果更佳。
[0021]优选地，所述有机光敏剂为酞菁锰或硬脂酸铈的一种或两种混合物。
[0022]进一步地，所述有机光敏剂的添加量为胶粘剂本体质量的0.1％～10％。
[0023]优选地，所述有机光敏剂的添加量为胶粘剂本体质量的1％～5％。
[0024]虽然理论上添加剂的加入量越多，优化效果越明显，但是当添加剂加入量过多时，会增加膜电极的制备成本，还会影响胶粘剂的粘接性能，因此在本技术方案中，有机光敏剂添加量保持在一定范围内，以保证胶粘剂的粘结性能，同时，该添加量还能保证有机光敏剂在促进胶粘剂光固化后，胶粘剂内依然具有保持一定活性的有机光敏剂作为自由基捕捉剂，从而使提高胶粘剂的光固化速度和稳定性，进而提高生产效率和膜电极的使用寿命。
[0025]本专利技术还提供了一种膜电极，包括边框和膜电极本体，所述边框和膜电极本体通过胶粘剂粘接，所述膜电极本体包括依次通过胶粘剂粘接层叠的阳极气体扩散层、质子交换膜和阴极气体扩散层，所述质子交换膜在设置所述阳极气体扩散层的一侧涂布阳极催化剂层，在另一侧涂布阴极催化剂层，所述胶粘剂为上述膜电极用光固化胶粘剂。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜电极用光固化胶粘剂，其特征在于，包括光固化胶粘剂本体和有机光敏剂，所述有机光敏剂为含有金属离子的金属酞菁配合物的一种或多种混合物，和/或，含有金属离子的硬脂酸盐中的一种或多种混合物。2.根据权利要求1所述的膜电极用光固化胶粘剂，其特征在于，所述金属离子为铈离子、锰离子或钴离子的一种或多种。3.根据权利要求2所述的膜电极用光固化胶粘剂，其特征在于，所述有机光敏剂为酞菁锰或硬脂酸铈的一种或两种混合物。4.根据权利要求1所述的膜电极用光固化胶粘剂，其特征在于，所述有机光敏剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏静，杨云松，叶思宇，邹渝泉，唐军柯，吴力杰，孙宁，
申请(专利权)人：鸿基创能科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：