提供了一种制造膜电极装置的方法。这种方法包括提供无孔的底物（７２），后者具有足够的完整性而可以重新使用，或者它被成形为一个环圈。一种淤浆被形成，它包括离子性导电材料（６４）、电子导电性材料（６０）、催化剂（６２）和一种溶剂。淤浆被施敷到无孔底物上，例如，在不连续区域的图案中。淤浆被干燥而形成移画印花的图案。这些图案被粘接到膜上，然后底物从图案上以基本上不受损害的方式剥离，从而使它能够重新使用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造膜电极装置的方法 专利
[0001]本专利技术涉及PEM/SPE燃料电池，并且更具体地是涉及一种制造电极和膜电极装置的方法。 专利技术背景[0002]电化学电池能合乎各种应用的需要，特别是当它以燃料电池的形式运作时。燃料电池已被提议用于许多应用场合，包括电动车辆的动力设备以替代内燃机。在一种燃料电池设计中，使用一种固体聚合物电解质(SPE)膜或质子交换膜(PEM)，来在阳极和阴极之间提供离子交换。气体和液体燃料都可以在燃料电池中使用。实例包括氢和甲醇，优选氢。氢被提供到燃料电池的阳极上。氧(以空气的形式)是电池氧化剂并被提供到电池的阴极上。电极被制成多孔性的导电材料，诸如编织石墨、石墨化的薄片或炭纸，以使得燃料能分散在面向燃料供应电极的膜表面上。一种典型的燃料电池被描述于USPN5,272,017和USPN 5,316,871(Swathirajan等人)。[0003]燃料电池涉及的重要问题包括，电化学反应发生的反应表面、催化这种反应的催化剂、离子电导介质和传质介质。燃料电池所产生的功率成本部分地依赖于制备电极和膜电极装置(MEA)的成本。燃料电池所产生的功率成本之所以大于与之竞争的产生功率的替代方法的成本，部分地就是归因于制备这类电极和MEAs的成本。然而，基于氢的燃料电池产生的功率是合乎需要的，因为氢是环保可以接受的，而且氢燃料电池是有效的。[0004]这样，就希望改进这类装置的制造并降低其成本，从而使燃料电池用于运输方面更有吸引力。 专利技术概述[0005]按照本专利技术的一个方面，是提供了一种用来制造膜电极装置的方法。按照本专利技术这方面所提供的方法，包括提供一种无孔底物，后者具有足够的结构完整性，可以重新使用。一种淤浆被形成，其中-->包含离子性导电材料、电子性导电材料、催化剂和一种溶剂。把淤浆施敷到无孔底物上，并进行干燥以形成移画印花用的图案。这种图案被粘接到膜上，然后从图案上在基本上不受到损伤的条件下剥离底物，从而使它能被重新使用。[0006]按照本专利技术的另一个方面，是提供一种制造膜电极装置的方法。按照这方面，这种方法包括提供一种无孔底物的环。也形成一种淤浆，其中包含离子性导电材料、电子性导电材料、催化剂和一种溶剂。把淤浆施敷到底物上形成不连续区域的图案。淤浆被干燥以形成许多相应于底物上的不连续区域的移画印花图案。把这些图案粘接到许多膜的相反的面上以形成许多膜电极装置。这种膜电极装置再从无孔底物的环上剥离。[0007]由下面的提供的详尽描述，本专利技术进一步的应用性领域将变得很明显。应该理解这些详尽描述和具体实例虽然指明了本专利技术优选的实施方案，但仅打算用于示例说明的目的，而不想限制本专利技术的范围。 附图简述[0008]由附图的详尽描述，本专利技术将变得更充分地被理解，其中：[0009]图1是一个未组装的电化学燃料电池的示意图，它具有按本专利技术优选实施方案制备的膜电极装置；[0010]图2是图1膜电极装置横截面的图片说明；[0011]图3是具有石墨片的另一种优选膜电极装置类似于图2的图片说明；[0012]图4是显示图2所示膜电极阴极侧的一部分放大视图的图片说明；[0013]图5是说明按照本专利技术优选方法的流程图；[0014]图6是显示在图5所示工艺的步骤中金属箔底物上电极层的图片说明；[0015]图7是显示有阳极、膜、阴极和底物片在图5所示工艺步骤中的膜电极装置的图片说明；[0016]图8是按照本专利技术优选的连续方法组装膜电极的工艺和设备的图片说明；以及-->[0017]图9显示的是按图5工艺形成的膜电极装置的电池电势对电流密度的函数图形，与用ePTFE作为移画印花底物所形成的膜电极装置的电池电势对电流密度函数图形的比较。 优选实施方案的详述[0018]以下优选实施方案的描述在性质上仅仅是示例说明性的，它不应以任何方式限制本专利技术和它的应用或它的用途。例如，虽然本专利技术在这里是参照燃料电池来描述，但它也可以一般地应用于电化学电池。[0019]本专利技术是致力于形成用于燃料电池中的电极和膜电极装置。在详尽描述本专利技术之前，了解燃料电池的一些基本元件和膜电极装置的组件是有帮助的。参照图1，其中以图片的未组装形式显示出并入了膜电极装置12的电化学电池10。说明的电化学电池10被组建为燃料电池。电化学电池10包括不锈钢端板14、16；石墨方块18、20，其上带有开口22、24使气体的分布变得容易；垫片26、28；涂碳的集电器30、32，它们分别带有连接线31、33；以及膜电极装置12和所包含的电解质。两套石墨方块、垫片和集电器，即18、26、30和20、28、32分别被称为各自的气体和电流传输装置36、38。阳极连接线31和阴极连接线33被用来和外电路相连接，外电路可包括其它的燃料电池。[0020]电化学燃料电池10包括气体反应物，其中之一是由燃料源37提供的燃料，另一个是由源39提供的氧化剂。从源37、39来的气体分别经各自的气体和电流传输装置36和38扩散到MEA12相反的一面。分别地，36和38也被称为电导气体分布介质。[0021]参照图2，按照本专利技术优选实施方案制备的膜电极装置12包括多孔性的电极40，它在燃料一边形成阳极42，在氧一边形成阴极44。阳极42通过固体聚合物电解质(SPE)膜46与阴极44分离。SPE膜46提供离子传输通道使燃料电池10中的反应变得容易进行。电极42、44通过电极42、44之间的最初接触提供质子转移，并且离子交联聚合物46为这样的质子转移提供基本上连续的聚合物接触。按此，电池10的膜电极装置12具有膜46，它把第一和第二个相对的表面50、52分隔开，并在表面50、52之间具有一定的厚度或中间膜区域-->53。各自的电极40，即阳极42和阴极44，在表面50、52相应的一边很好地粘接在膜46上。[0022]参看图3，按照本专利技术工艺制造的另一种优选的MEA包括各自的电极40(阳极42，阴极44)，它进一步包括各自的第一和第二个四氟乙烯(四氟乙烯涂布、浸渍过的)石墨片80、82，它们在膜46(图3中)的各自一边。阳极活性材料被安置在膜的第一表面50和第一薄片80之间；阴极活性材料被安置在第二表面52和第二薄片82之间。每片涂四氟乙烯的薄片80、82的厚度约为7.5至13密耳。[0023]本专利技术所用的固体聚合物电解质(SPE)膜46，在本领域是一种众所周知的离子导电材料。典型的SPE膜已被描述于美国专利4,272,353和3,134,697，以及Journal of Power Sources，第29卷第367-387页。[0024]这种SPE膜或薄片，是离子交换树脂膜，这种树脂在它们的聚合物结构中包括离子基团；它的一种离子组份被固定或保持在聚合物基质上，并且至少有一种其它的离子组份是运动的可被置换的离子，后者通过静电平衡与固定的离子组份缔合在一起。运动离子在适当条件下被其它离子置换的能力赋予这些材料以离子交换特性。[0025]这种离子交换树脂，可通过聚合一些成份的混合物来制备，其中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用来制造膜电极装置的方法，它包括：提供无孔底物，后者具有足够的结构完整性，可以重新使用；形成一种淤浆，它包含离子性导电的材料，电子性导电的材料，催化剂和一种溶剂；把淤浆施敷在无孔底物上；干燥施敷的淤浆以形 成移画印花法的图案；把所述图案粘接到膜上；和从图案上以基本不受损害的条件剥离底物，使它可以重新使用。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-6-13 10/171,2951.一种用来制造膜电极装置的方法，它包括：提供无孔底物，后者具有足够的结构完整性，可以重新使用；形成一种淤浆，它包含离子性导电的材料，电子性导电的材料、催化剂和一种溶剂；把淤浆施敷在无孔底物上；干燥施敷的淤浆以形成移画印花法的图案；把所述图案粘接到膜上；和从图案上以基本不受损害的条件剥离底物，使它可以重新使用。2.权利要求1的方法，它进一步包括此后清洗无孔底物的步骤。3.权利要求2的方法，其中的清洗步骤进一步包括把选自异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、水和它们的混合物施用到无孔底物上。4.权利要求1的方法，其中无孔底物包括一种金属薄膜。5.权利要求4的方法，其中的金属薄膜是通过把金属薄膜层压到另一种薄膜材料上而提供的，这另一种薄膜材料至少为无孔底物提供了某种结构完整性。6.权利要求1的方法，其中两种移画印花法用的图案被形成，并且每个所说的图案通过热压被粘接到薄膜的相对的两面上。7.权利要求1的方法，其中的干燥步骤包括将淤浆置于红外灯下。8.权利要求1的方法，其中的施敷步骤包括选自印刷和喷雾工艺的涂布方法。9.权利要求1的方法，其中的粘结步骤进一步包括在离子交联聚合物的玻璃化转变温度或高于此温度条件下的热压。10.权利要求1的方法，其中的电子导电性材料是碳，并且催化剂是一种金属。11.权利要求1的方法，其中的离子导电性材料是一种全氟磺酸盐离子交联聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：甄苏珊，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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