一种膜电极及其制备方法技术

本申请的实施例揭示了一种膜电极及其制备方法。制备方法包括：将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，得到负载有催化剂层的质子交换膜；其中，负载有催化剂层的质子交换膜中对应双极板的脊位置的贵金属担载量大于对应双极板的沟槽位置的贵金属担载量；将负载有催化剂层的质子交换膜与碳纸进行热压，制备得到膜电极。本申请灵活高效利用催化剂中的贵金属，使得负载有催化剂层的质子交换膜中对应双极板的脊位置的贵金属担载量大于对应双极板的沟槽位置的贵金属担载量，以增加对应脊位置处的电流密度，从而平衡整个膜电极的电流密度，使得膜电极在使用过程中电流密度更加均匀。中电流密度更加均匀。中电流密度更加均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种膜电极及其制备方法


[0001]本申请涉及膜电极领域，具体涉及一种膜电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种能够将燃料的化学能直接高效并环境友好地转化为电能的绿色能源技术。质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、启动快速等优点,被认为是“后石油”时代最为重要的能源替代技术之一。但正是由于质子交换膜燃料电池低温运行的特点，相比于高温燃料电池需要更多的催化剂加速化学反应进行。目前常用的催化剂主要为贵金属催化剂。由于贵金属在全球范围内的储量有限，且成本高昂，导致质子交换膜燃料电池成本居高不下，极大地限制了该技术的大规模商业化运行。同时，现有膜电极在使用过程中，与反应气体接触不均匀或者局部气体反应不充分，导致膜电极表面电流密度不均。
[0003]因此，如何高效利用催化剂中贵金属一直是低温质子交换膜燃料电池领域研究的关键课题之一。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请的实施例分别提供了一种膜电极及其制备方法，可高效利用催化剂中贵金属，以改善膜电极表面电流密度不均。
[0005]本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。
[0006]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种膜电极及其制备方法，包括：将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，得到负载有催化剂层的质子交换膜；其中，所述负载有催化剂层的质子交换膜中对应双极板的脊位置的贵金属担载量大于对应所述双极板的沟槽位置的贵金属担载量；将所述负载有催化剂层的质子交换膜与碳纸进行热压，制备得到膜电极。
[0007]在另一示例性实施例中，所述将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，包括：将承载有贵金属第一担载量的第一催化剂浆液覆在质子交换膜表面上的多条第一线条上；将承载有贵金属第二担载量的第二催化剂浆液覆在质子交换膜表面上的多条第二线条上；其中，所述第一催化剂浆液承载的贵金属第一担载量大于所述第二催化剂浆液承载的贵金属第二担载量；所述第一线条对应所述双极板的脊位置，所述第二线条对应所述双极板的沟槽位置。
[0008]在另一示例性实施例中，所述催化剂浆液包括离聚物分散液、溶剂、催化剂，去离子水和贵金属。
[0009]在另一示例性实施例中，所述贵金属为铂金。
[0010]在另一示例性实施例中，所述多条第一线条之间的间距相同，所述多条第二线条之间的间距相同。
[0011]在另一示例性实施例中，第一线条和相邻第二线条之间的间距相同。
[0012]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种膜电极，包括：质子交换膜，催化剂层和扩散层；所述质子交换膜的紧邻所述催化剂层的一面，所述催化剂层的另一面紧邻所述扩散层；其中，所述膜电极中对应双极板的脊位置的催化剂层中的贵金属担载量大于对应所述双极板的沟槽位置的催化剂层中的贵金属担载量。
[0013]在另一示例性实施例中，所述膜电极包括对应所述双极板的脊位置的多条第一线条和对应所述双极板的沟槽位置的多条第二线条；其中，所述第一线条对应的催化剂层中的贵金属担载量大于所述第二线条对应的催化剂层中的贵金属担载量。
[0014]在另一示例性实施例中，所述多条第一线条之间的间距相同，所述多条第二线条之间的间距相同。
[0015]在另一示例性实施例中，所述贵金属为铂金。
[0016]在另一示例性实施例中，第一线条和相邻第二线条之间的间距相同。
[0017]在另一示例性实施例中，扩散层为石墨毡、碳毡或碳纸中的一种。
[0018]在本申请的实施例所提供的技术方案中，通过将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，得到负载有催化剂层的质子交换膜；膜电极对应双极板脊位置通过的反应气体少于对应的沟槽位置，将导致膜电极此处位置电流密度偏小，造成膜电极电流密度不均，本申请灵活高效利用催化剂中的贵金属，使得负载有催化剂层的质子交换膜中对应双极板的脊位置的贵金属担载量大于对应双极板的沟槽位置的贵金属担载量，以增加对应脊位置处的电流密度，从而平衡整个膜电极的电流密度，使得膜电极在使用过程中电流密度更加均匀。
[0019]应理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0020]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0021]图1是本申请一示例性实施例示出的一种膜电极的制备方法的流程图；
[0022]图2是本申请一示例性实施例示出的制备方法制备得到的膜电极的结构示意图；
[0023]图3是基于图1所示实施例提出的另一膜电极的制备方法的流程图；
[0024]图4是本申请一示例性实施例示出的膜电极的结构示意图。
具体实施方式
[0025]这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0026]附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合
并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0027]在本申请中提及的“多个”是指两个或者两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0028]现有膜电极的制备工艺未对贵金属担载量进行合理分配，导致整体制备成本较高，并且使用现有膜电极制备得到的燃料电池整体效率也不高。
[0029]为了降低膜电极整体贵金属担载量，以降低制备成本，本申请对膜电极的制备过程进行改进，具体请参阅图1，图1是本申请一示例性实施例示出的一种膜电极的制备方法的流程图。如图1所示，该制备方法至少包括S110至S120，详细介绍如下：
[0030]S110：将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，得到负载有催化剂层的质子交换膜；其中，负载有催化剂层的质子交换膜中对应双极板的脊位置的贵金属担载量大于对应双极板的沟槽位置的贵金属担载量。
[0031]传统制备方法是将同一贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，以进行后续膜电极的制备过程，而本实施例在质子交换膜上涂覆有不同贵金属担载量的催化剂浆液，即对质子交换膜负载的催化剂层中的金属担载量进行不同设置，例如按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜电极的制备方法，其特征在于，包括：将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，得到负载有催化剂层的质子交换膜；其中，所述负载有催化剂层的质子交换膜中对应双极板的脊位置的贵金属担载量大于对应所述双极板的沟槽位置的贵金属担载量；将所述负载有催化剂层的质子交换膜与碳纸进行热压，制备得到膜电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将承载有不同贵金属担载量的催化剂浆液覆在质子交换膜表面，包括：将承载有贵金属第一担载量的第一催化剂浆液覆在质子交换膜表面上的多条第一线条上；将承载有贵金属第二担载量的第二催化剂浆液覆在质子交换膜表面上的多条第二线条上；其中，所述第一催化剂浆液承载的贵金属第一担载量大于所述第二催化剂浆液承载的贵金属第二担载量；所述第一线条对应所述双极板的脊位置，所述第二线条对应所述双极板的沟槽位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂浆液包括离聚物分散液、溶剂、催化剂，去离子水和贵金属。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泓，杜家坤，江枭枭，李目武，李钰怀，邵发科，占文锋，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：