电极催化剂层、燃料电池用的膜电极以及燃料电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电极催化剂层、燃料电池用的膜电极以及燃料电池，属于燃料电池领域，电极催化剂层，包括涂层以及负载在所述涂层上的亲水性的催化剂浆料A和疏水性的催化剂浆料B，根据电池的活性区域亲水性连续变化分配所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，所述亲水性是指水珠在材料上的接触角小于90

【技术实现步骤摘要】
电极催化剂层、燃料电池用的膜电极以及燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种电极催化剂层、燃料电池用的膜电极以及燃料电池。

技术介绍

[0002]现有技术主要通过催化剂层浆料成分配置来实现亲水性控制，但燃料电池活性区域内含水量随着反应不断进行，一直再连续变化中，常规的催化剂清水性无法满足活性区域的需求。且不同反应区域的反应与生成物质浓度存在差异，单一配方的催化剂需要兼顾各区域而无法发挥最佳效能，造成燃料电池的性能无法提升。

技术实现思路

[0003]因此，为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种提高了燃料电池活性区域内催化剂层性能的电极催化剂层、燃料电池用的膜电极以及燃料电池。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供一种电极催化剂层，包括涂层以及负载在所述涂层上的亲水性的催化剂浆料A和疏水性的催化剂浆料B，根据电池的活性区域亲水性连续变化分配所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，所述亲水性是指水珠在材料上的接触角小于90
°
；所述疏水性是指水珠在材料上的接触角大于90
°
；所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B至少其中之一涂布的形状为各向异性岛状图案，所述各向异性岛状图案包含至少一个夹角，所述夹角的角度不大于直角，所述夹角方向是催化剂层与气体扩散层界面上的气体流动方向。
[0005]在其中一个实施例中，根据电池活性区域内亲水性连续变化控制所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，设置在燃料电池进口的催化剂浆料A在所述涂层上的涂布面积比例大于所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，催化剂浆料A在燃料电池进口的涂布面积比例大于在燃料电池出口的涂布面积比例。
[0006]在其中一个实施例中，根据反应气流的湿度、温度、压力和/或气流流量，控制所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上各个区域的涂布面积比例。
[0007]在其中一个实施例中，采用喷墨打印和/荫罩印刷实现两种浆料所占涂布面积比例的精确控制。
[0008]在其中一个实施例中，燃料电池的阴极侧和阳极侧的催化剂在涂层上的涂布方式/涂布图形不同。
[0009]在其中一个实施例中，所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布形状为方形、三角形、圆形和/或多边形。
[0010]在其中一个实施例中，催化剂浆料A在燃料电池的阴极侧和阳极侧的浓度不同；和/或所述催化剂浆料B在燃料电池的阴极侧和阳极侧的浓度不同。
[0011]一种燃料电池用的膜电极，具有上述的电极催化剂层。
[0012]一种燃料电池，具有上述的燃料电池用的膜电极。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：利用亲水性的催化剂浆料在燃料电池活性区域内保持稳定的较高含水率，疏水性浆料则在燃料电池活性区域内保持稳定的较低含水率的特性，并根据电池的活性区域亲水性连续变化分配催化剂浆料A和催化剂浆料B在涂层上的涂布面积比例，使得燃料电池活性区域内的催化剂一直处于较佳的含水量状态中，此外，通过催化剂浆料图案上与气体流动方向一致的夹角，使得催化剂层表面形成的水珠被气流从该图案带走时，由于与催化剂层表面的吸附面积逐渐减小，吸附力逐渐减小，使其易于脱离催化剂层表面，排到气体扩散层中，从而保证燃料电池活性区域催化剂层性能的发挥，进而提升燃料电池的性能。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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人员来讲，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它的附图。
[0015]图1是本专利技术的实施例中电极催化剂层的涂布图形；图2是本专利技术的实施例中电极催化剂层中催化剂的涂布图案；图3是本专利技术的实施例中电极催化剂层的涂布图形；图4是本专利技术的实施例中电极催化剂层的涂布图形；图5是本专利技术的实施例中电极催化剂层分段涂布的涂布图形；图6是本专利技术的实施例中电极催化剂层分段涂布的涂布图形。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0017]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0018]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0019]还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可
能更为复杂。
[0020]另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
[0021]燃料电池中的膜电极组件可以具有燃料电池用的膜电极、夹持该燃料电池用的膜电极的一对气体扩散层(GDL)、以及夹持燃料电池用的膜电极和气体扩散层的一对隔板。GDL以及隔板在阳极侧与阴极侧成为一对。膜电极发挥发电功能，气体扩散层使供给气体分散。膜电极被一对气体扩散层(GDL)夹持。一对气体扩散层也分别称作阳极气体扩散层、阴极气体扩散层。而且，燃料电池用的膜电极以及气体扩散层被一对隔板夹持。一对隔板也分别称作阳极隔板、阴极隔板。隔板将供给至阳极以及阴极的燃料气体及氧化剂气体分离，且将邻接的膜电极彼此电连接。这样，燃料电池用的膜电极通过层叠、连接，构成燃料电池。
[0022]燃料电池用的膜电极可以具有高分子电解质膜、以及夹持该高分子电解质膜的一对电极催化剂层。一对电极催化剂层可以分别称作阳极电极催化剂层、阴极电极催化剂层。
[0023]如图1~5所示，本申请实施例提供一种电极催化剂层，包括涂层以及负载在涂层上的亲水性的催化剂浆料A和疏水性的催化剂浆料B，根据电池的活性区域亲水性连续变化分配催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极催化剂层，其特征在于，包括涂层以及负载在所述涂层上的亲水性的催化剂浆料A和疏水性的催化剂浆料B，根据电池的活性区域亲水性连续变化分配所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，所述亲水性是指水珠在材料上的接触角小于90
°
；所述疏水性是指水珠在材料上的接触角大于90
°
；所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B至少其中之一涂布的形状为各向异性岛状图案，所述各向异性岛状图案包含至少一个夹角，所述夹角的角度不大于直角，所述夹角方向是催化剂层与气体扩散层界面上的气体流动方向。2.根据权利要求1所述的电极催化剂层，其特征在于，根据电池活性区域内亲水性连续变化控制所述催化剂浆料A和所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，设置在燃料电池进口的催化剂浆料A在所述涂层上的涂布面积比例大于所述催化剂浆料B在所述涂层上的涂布面积比例，催化剂浆料A在燃料电池进口的涂布面积比例大于在燃料电池出口的涂布面积比...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦建明，白云飞，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：