一种减小界面阻抗的一体化膜电极的制备制造技术

一种减小界面阻抗的一体化膜电极的制备，属于燃料电池技术领域。具体为通过在带有催化层的气体扩散层的阴阳两电极上多次刮涂较低浓度的离聚物溶液，并通过热压形成一体化膜电极。该工艺较CCM法、GDE法，可以有效消除界面阻抗，与其它无膜结构构筑的膜电极方法相比，没有复杂繁琐的密封工序，降低了制备成本。该工艺优化了膜电极中的界面结构，避免使用昂贵的隔膜，膜电极的性能得到提升；制备工艺简单，成本低廉，有利于大面积膜电极的制备和自动化生产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种减小界面阻抗的一体化膜电极的制备


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域。具体而言，本专利技术涉及一种燃料电池的膜电极制备方法。

技术介绍

[0002]膜电极是质子交换膜燃料电池的核心元件，在很大程度上决定了燃料电池的电化学性能。因此膜电极的制备工艺的改进是提高燃料电池性能的关键。
[0003]众所周知，膜电极分为气体扩散层/催化层/质子交换膜等主要组成部分，这也意味着膜电极中至少存在两种主要界面，即气体扩散层/催化层界面、催化层/质子交换膜界面。质子的传输很大程度上受到催化层/质子交换膜界面的影响，而气体传输、水传输则受到气体扩散层/催化层界面的影响。不同膜电极制备方法对于这两种界面的影响不尽相同。如，CCM法，通过将催化剂浆料直接喷涂中质子交换膜上，部分增强了催化层和质子交换膜的连接，可在喷涂过程中质子交换膜会发生肿胀、变形，对于质子交换膜的机械强度提出严苛的要求，降低了膜电极使用寿命；转印法，通过将催化层从惰性基底上热压至质子交换膜上，过程中由于压力通常较大，会造成催化层孔隙率降低，影响气液传质，造成电池性能下降甚至水淹，然而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的一体化膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在带有微孔层的气体扩散层上超声喷涂阴极催化浆料或阳极催化浆料得到对应的阴极催化层或阳极催化层；(2)在加热台上放置基底膜，将步骤(1)产物放在基底膜上，使得对应的阴极催化层或阳极催化层面水平朝上，将离聚物溶液滴到阴极催化层或阳极催化层上并用刮刀刮涂至少两次离聚物溶液，最后形成对应的阴极前驱体或阳极前驱体；(3)将步骤(2)制备的阴极或阳极前驱体处理干燥；(4)将步骤(3)处理干燥后的阴极前驱体和阳极前驱体以离聚物面为接触面进行对称叠合放置，进行热压，生成一体化膜电极。2.按照权利要求1所述的一种用于燃料电池的一体化膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)催化剂浆料配置分为两步，先配得相对较为浓稠的初始催化剂浆料，后通过稀释得到最终催化剂浆料；该初始催化剂浆料包括：催化剂、粘结剂、分散溶剂，该三种成分的质量比为：1：(2
‑
4)：(50
‑
150)，所述阳极催化剂为碳载体负载的Pt催化剂或碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种，所述阴极催化剂包括碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂或非贵金属碳基催化剂中的一种或几种；上述初始催化剂浆料需加入分散溶剂进行稀释得到最终催化剂浆料，加入分散溶剂稀释后，浆料含固量为2
‑
10mg/mL，优选3
‑
6mg/mL；。催化剂浆料中所用分散溶剂为异丙醇、去离子水、乙醇、正丙醇中的至少一种；上述浆料中的Pt催化剂或Pt合金催化剂所使用的碳载体选自碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；上述浆料中的催化剂选用Pt合金催化剂时，Pt合金中的其它金属选自Ru、Sn、W、Mo、Os、Ni中的至少一种；上述浆料中的阴极催化剂选用非贵金属碳基催化剂时，非贵金属选自Fe、Co、Cu、Mn、Ni、Zn中的至少一种；上述催化剂浆料中的粘结剂选自全氟磺酸树脂溶液，其作用都是有效地粘结催化剂颗粒，并传导质子。3.按照权利要求1所述的一种用于燃料电池的一体化膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)催化剂浆料通过超声喷涂仪喷涂在气体扩散层微孔侧，通过喷涂，催化剂浆料可渗入到气体扩散层微孔，同时催化剂层也可以形成孔隙结构；通过改变超声喷涂的功率、工进速度、喷头高度、喷涂载气压力、进液速度实现催化层载量和孔隙度等的调节；所述超声喷涂中使用的超声功率为0.2
‑
3W，进液速度为0.05
‑
0.5mL/min。4.按照权利要求1所述的一种用于燃料电池的一体化膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中带有催化层的气体扩散层电极置于基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹达鹏，谯康伟，孙盼盼，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：