一种燃料电池膜电极的制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池膜电极的制作工艺，包括以下步骤：S1、将质子交换膜卷材裁切成片材，置于恒温恒湿柜中2

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极的制作工艺


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其是涉及一种燃料电池膜电极的制作工艺。

技术介绍

[0002]燃料电池是能将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能的能量转化装置，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。燃料电池包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等。与其他种类的燃料电池相比，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。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，决定着质子交换膜燃料电池的性能、寿命以及成本。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。
[0003]常规的制作膜电极技术方案，一种是采用分散配好以后的催化剂浆料用超声波喷涂，直接喷到质子交换膜上面。正极喷完后再喷阴极；还有另外一种制作技术，催化剂浆料配好以后，用刮刀，刮涂到质子交换膜的片材上面，也是正极刮涂完之后烘干后，再刮另外一面负极。这两种技术方案的缺点是因为在催化剂浆料里面含有大量的水，质子交换膜卷材裁剪成片材以后，直接用来超声波喷涂或者使用刮刀刮涂，在一定的温度条件下，比如在温度为80℃—120℃，在正常的室内湿度(50％相对湿度)下面进行超声波喷涂或者刮刀刮涂的工艺的时候，由于催化剂的浆料里面含有大量的水的作用，在超声波喷涂或刮刀刮涂后烘干就会使膜电极(CCM)由于水的作用产生溶胀导致变形。膜电极变形后，如果再进行下一步对膜电极边框贴合加工的情况下，就会产生很大的困扰和麻烦。
[0004]专利申请CN201911001264.8公开了一种膜电极的制备方法，包括以下操作：在质子交换膜的一侧涂布第一活性物质催化剂浆料，干燥，得到第一活性物质催化剂层；将质子交换膜涂覆有第一活性物质催化剂层的一面吸附于真空平台上，质子交换膜和真空平台之间还设置有多孔膜；在质子交换膜的相对一侧涂布第二活性物质催化剂浆料，干燥，得到第二活性物质催化剂层；在第一活性物质催化剂层和第二活性物质催化剂层的四周均贴合边框，并在第一活性物质催化剂层和第二活性物质催化剂层的表面覆盖碳纸。该方法主要利用真空作用在质子交换膜的两侧形成压差，在涂布第二活性物质催化剂浆料时，质子交换膜因溶胀产生的起皱会被大气压紧压在多孔膜上，质子交换膜不会鼓起，从而保证了工艺过程中被涂覆面的平整易涂，解决质子交换膜在涂布过程中因接触溶剂导致的溶胀问题，得到的膜电极表面平整、均匀度高且电化学性能优异，该专利技术主要是利用真空吸附的方式避免质子交换膜溶胀起皱，但是该方法操作复杂，对真空度的控制要求比较高，不同的质子交换膜采用的真空度不同，而且很容易由于受力不均导致质子交换膜破裂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、效率
高的燃料电池膜电极的制作工艺，能更好地防止膜电极吸收催化剂的浆料里面含有大量的水而导致的溶胀技术缺陷。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池膜电极的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1、将质子交换膜卷材裁切成片材，置于恒温恒湿柜中2
‑
20h；
[0008]S2、取出质子交换膜片材，通过超声波喷涂或刮刀刮涂在其一侧负载催化剂；
[0009]S3、然后利用真空吸附平板烘箱烘干；
[0010]S4、将得到的一侧负载有催化剂的质子交换膜片材再次置于恒温恒湿柜中2
‑
20h；
[0011]S5、取出后在质子交换膜另一侧通过超声波喷涂或刮刀刮涂负载催化剂；
[0012]S6、然后利用真空吸附烘箱平板烘干。
[0013]所述的恒温恒湿柜的温度和湿度与膜电极超声波喷涂或刮刀刮涂的温度和湿度操作条件下的温度和湿度一致。
[0014]所述的恒温恒湿柜的温度为60～100℃，湿度是80％
‑
100％的相对湿度。
[0015]所述的超声波喷涂是将质子交换膜置于超声波精密喷涂机内，超声波为40KHZ，控制喷涂装置每秒喷量为2
‑
20ml/min，喷口气体压力为2KPa。
[0016]所述的刮刀刮涂的涂布速度为(1
‑
6)m/min。
[0017]所述的真空吸附平板烘箱，该平板连接抽真空装置，烘干操作时，真空度为30
‑
60mmHg，温度为110
‑
120℃。
[0018]所述的催化剂为市售Pt/C催化剂。
[0019]采用喷涂工艺时，将市售Pt/C催化剂分散在乙醇中，配置成固含量为2～10％的悬浮液。
[0020]采用刮涂工艺时，将市售Pt/C催化剂分散在乙醇中，配置成固含量为2
‑
10％浆液。
[0021]质子交换膜两侧负载催化剂后，两侧面各垫一碳纸，然后贴合边框，进行压合边框操作，得到三合一电极。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术将质子交换膜卷材裁切成片材后，把质子交换膜片材放到恒温恒湿柜当中，恒温恒湿柜的温度和湿度要跟膜电极超声波喷涂或刮刀刮涂的温度和湿度操作条件下的温度和湿度一致。例如把恒温恒湿柜温度调到80℃，湿度是80％
‑
100％的相对湿度，这样的条件下先存放2
‑
20小时，等质子交换膜片材里面已经含有充分的(1
‑
10％)的水含量，而且温度也已经达到80℃，就可以拿出来进行超声波喷涂或刮刀刮涂，在这种温度和湿度的条件下催化剂粘在质子交换膜表面的时候质子交换膜就不容易产生溶胀，再利用真空吸附平板烘箱进行慢慢烘干，这样膜电极(CCM)就不容易扭曲变形。在制作另一面(反面)喷涂或刮涂的时候也是可以放在恒温恒湿柜里面2
‑
20小时，等时间到以后再拿出来进行超声波喷涂或刮刀刮涂，喷涂或刮涂好以后再放到真空吸附平板烘箱上进行烘干，这样所生产出来的膜电极(CCM)就比较平整，不会产生扭曲变形。然后再对膜电极(CCM)贴合边框加工，在压合边框的过程中需要把喷涂或刮涂催化剂表面上，正面、反面各垫一张碳纸，同时压住边框，在这整个操作过程的就不会造成膜电极变形，整个操作过程就克服了以前的那种膜电极(CCM)易造成变形的工艺缺陷。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术中采用的设备均为本领域的常用设备，例如超声波精密喷涂机可选用市售UC340纳米薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、将质子交换膜卷材裁切成片材，置于恒温恒湿柜中2
‑
20h；S2、取出质子交换膜片材，通过超声波喷涂或刮刀刮涂在其一侧负载催化剂；S3、然后利用真空吸附平板烘箱烘干；S4、将得到的一侧负载有催化剂的质子交换膜片材再次置于恒温恒湿柜中2
‑
20h；S5、取出后在质子交换膜另一侧通过超声波喷涂或刮刀刮涂负载催化剂；S6、然后利用真空吸附平板烘箱烘干。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的制作工艺，其特征在于，所述的恒温恒湿柜的温度和湿度与膜电极超声波喷涂或刮刀刮涂的温度和湿度操作条件下的温度和湿度一致。3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池膜电极的制作工艺，其特征在于，所述的恒温恒湿柜的温度为60～100℃，湿度是80％
‑
100％的相对湿度。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的制作工艺，其特征在于，所述的超声波喷涂是将质子交换膜置于超声波精密喷涂机内，超声波为40KHZ，控制喷涂装置每秒喷量为2
‑
20ml/min，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡里清，
申请(专利权)人：上海纳尔终能氢电有限公司，
类型：发明
国别省市：