一种具有传质阵列的燃料电池膜电极及制备方法技术

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种具有传质阵列的燃料电池膜电极及制备方法，包括阴极催化层，所述阴极催化层是指阴极基底膜的正表面处涂装的阴极催化剂浆料固化层，所述阴极催化剂浆料固化层上形成有若干上下延伸并穿过所述阴极催化剂浆料固化层的直通孔，所述直通孔的孔径为1

【技术实现步骤摘要】
一种具有传质阵列的燃料电池膜电极及制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种具有传质阵列的燃料电池膜电极及制备方法。

技术介绍

[0002]现有燃料电池的性能面临三个方面的损失，即电化学极化、欧姆极化、传质极化，其中催化层的孔隙率低，通孔少，是膜电极传质极化发生的主要部件。因此提高催化层的传质效率对提升电池性能具有重要意义。目前，提高催化层的传质效率有以下几种，第一，通过调节溶剂和添加剂，在催化层的制备成型过程中促成大量的二次孔，形成氧气的便捷通道，这种方法材料使用的灵活度低，不利于快速制造适用不同需求的膜电极；第二，将铂负载在有序的纳米阵列上作为催化层，这种催化层中具有大量的直通孔道，是最为理想的氧气传质路径，但这种制备的工艺成本较高，不利于规模化生产；第三，用纤维状材料制备催化层，通过使用纤维状的铂碳催化剂或离子树脂，可以利用其长度搭接成松散的结构，形成大尺寸的二次孔，但是纤维占比在表面较低，较难负载铂，添加过量反而影响电池性能。
[0003]如申请号为201780021158.9的中国专利公开了一种膜电极组件的制造方法、由其制造的膜电极组件，以及包括该膜电极组件的燃料电池。所述膜电极组件的制造方法另外包括如下步骤：在干燥催化剂浆料组合物然后向其中添加溶剂B之后，通过超声使所述催化剂浆料组合物再均质化，这种制造方法就属于第一种是在催化层制备过程中实施的，并通过超声手段，但是制造时间就会偏长，还需要多次使用溶剂，生产效率和成本不够优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种传质效果好的具有传质阵列的燃料电池膜电极及制备方法。
[0005]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种燃料电池阴极催化层，是指阴极基底膜的正表面处涂装的阴极催化剂浆料固化层，所述阴极催化剂浆料固化层上形成有若干上下延伸并穿过所述阴极催化剂浆料固化层的直通孔，所述直通孔的孔径为1
‑
2μm，所述直通孔呈矩形点阵列状并相邻的两个所述直通孔之间的孔间距为7
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13μm，所述直通孔为激光孔。
[0006]作为本专利技术的优选方式，所述阴极催化剂浆料固化层的厚度为6
‑
7μm且铂载量为0.2
‑
0.4mg/cm2。
[0007]一种燃料电池膜电极，包括前述的一种燃料电池阴极催化层，还包括阳极催化层和质子膜，所述阳极催化层是指阳极基底膜的正表面处涂装的阳极催化剂浆料固化层，所述质子膜热压粘结于阴极催化层和阳极催化层之间。
[0008]作为本专利技术的优选方式，所述阴极基底膜和阳极基底膜均为PTFE膜。
[0009]作为本专利技术的优选方式，所述阳极催化层的铂载量为0.02
‑
0.1mg/cm2。
[0010]一种燃料电池阴极催化层的制备方法，包括如下步骤：步骤1，在水与异丙醇混合
溶剂中加入铂炭催化剂和离子树脂后形成阴极初始浆料，将阴极初始浆料球磨24小时，得到阴极催化剂浆料；步骤2，将阴极催化剂浆料喷涂在阴极基底膜正表面上后进行干燥处理，得到附着于阴极基底膜上的待处理阴极催化层；步骤3，将待处理阴极催化层用激光束打出若干呈矩形点阵列状的直通孔，得到附着于阴极基底膜上的阴极催化层。
[0011]作为本专利技术的优选方式，所述直通孔的孔径为1
‑
2μm，相邻的两个所述直通孔之间的孔间距为7
‑
13μm。
[0012]作为本专利技术的优选方式，所述激光束为点阵激光束。
[0013]一种燃料电池膜电极的制备方法，包括前述的一种燃料电池阴极催化层的制备方法，还包括以下步骤：步骤4，在水与异丙醇混合溶剂中加入铂炭催化剂和离子树脂后形成阳极初始浆料，将阳极初始浆料球磨24小时，得到阳极催化剂浆料；步骤5，将阳极催化剂浆料喷涂在阳极基底膜正表面上后进行干燥处理，得到附着于阳极基底膜上的阳极催化层；步骤6，将阴极催化层和阳极催化层分别放在质子膜的两侧并使得质子膜夹在阳极催化层表面和阳极催化层表面之间，将三者通过热压机热压复合，揭掉两面的基底膜后，得到膜电极。
[0014]作为本专利技术的优选方式，所述阳极催化层的铂载量为0.02
‑
0.1mg/cm2。
[0015]本专利技术的有益效果：阴极催化层设置大量点阵列状的直通孔，具有优异的传质效率；新的制备方法采用激光技术在阴极催化层表面制备直通孔点阵，制备效率高，适合快速生产。
附图说明
[0016]图1是实施例中阴极催化层第1种激光处理方式实施例1的结构示意图；图2是实施例中阴极催化层第2种激光处理方式实施例2的结构示意图；图3是实施例中阴极催化层第3种激光处理方式实施例3的结构示意图；图4是实施例中阴极催化层第4种无激光处理方式对比例的结构示意图；图5是实施例中的膜电极的4种阴极催化层不同激光处理方式下的电性能的示意图；图6是实施例中的膜电极的4种阴极催化层不同激光处理方式下的传质性能的示意图。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。
[0018]本具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后，可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本专利技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
[0019]实施例：如图1
‑
6所示，一种燃料电池阴极催化层，阴极催化层是指阴极基底膜11的正表面处涂装的阴极催化剂浆料固化层12，所述阴极催化剂浆料固化层12上形成有若干上下延伸并穿过所述阴极催化剂浆料固化层12的直通孔120，所述直通孔120的孔径为1
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2μm，所述直通孔120呈矩形点阵列状并相邻的两个所述直通孔120之间的孔间距为7
‑
13μm，所
述直通孔120为激光孔，本实施例中的阴极催化层的特点是直通孔120为激光孔，即通过激光打出的孔并且是矩形点阵型排布的，优选是设置有正方形的点阵结构的，相邻的两个所述直通孔120之间的孔间距是在左右方向或者前后方向的间距，也即是正交方向的相邻两个孔的中心间距，这种结构加工可以规划化，而且这种结构的阴极催化层传质效率也较好，传质过程也即电池内部的电荷传递和物质传递过程，良好的传质结构设计是保证较好地输出电能的必要条件。
[0020]作为优选，所述阴极催化剂浆料固化层12的厚度为6
‑
7μm且铂载量为0.2
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0.4mg/cm2。由于需要开设直通孔120，铂载量相对是要大一些。
[0021]本实施例还提供一种燃料电池膜电极，包括前述的一种燃料电池阴极催化层，还包括阳极催化层和质子膜3，所述阳极催化层是指阳极基底膜21的正表面处涂装的阳极催化剂浆料固化层22，所述质子膜3热压粘结于阴极催化层和阳极催化层之间，这里的膜电极就应用了这种新的阴极催化层，而阳极催化层是不用开设直通孔120的，阳极催化层只要涂装干燥固化即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有传质阵列的燃料电池膜电极，其特征在于，包括阴极催化层，所述阴极催化层是指阴极基底膜（11）的正表面处涂装的阴极催化剂浆料固化层（12），所述阴极催化剂浆料固化层（12）上形成有若干上下延伸并穿过所述阴极催化剂浆料固化层（12）的直通孔（120），所述直通孔（120）的孔径为1
‑
2μm，所述直通孔（120）呈矩形点阵列状并相邻的两个所述直通孔（120）之间的孔间距为7
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13μm，所述直通孔（120）为激光孔。2.根据权利要求1所述的一种具有传质阵列的燃料电池膜电极，其特征在于，所述阴极催化剂浆料固化层（12）的厚度为6
‑
7μm且铂载量为0.2
‑
0.4mg/cm2。3.根据权利要求2所述的一种具有传质阵列的燃料电池膜电极，其特征在于，还包括阳极催化层和质子膜（3），所述阳极催化层是指阳极基底膜（21）的正表面处涂装的阳极催化剂浆料固化层（22），所述质子膜（3）热压粘结于阴极催化层和阳极催化层之间。4.根据权利要求1所述的一种具有传质阵列的燃料电池膜电极，其特征在于，所述阴极基底膜（11）和阳极基底膜（21）均为PTFE膜。5.根据权利要求3所述的一种具有传质阵列的燃料电池膜电极，其特征在于，所述阳极催化层的铂载量为0.02
‑
0.1mg/cm2。6.一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，包括一种燃料电池阴极催化层的制备方法，包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凤鹃，王超，王一鑫，龚云海，沈逸东，
申请(专利权)人：浙江唐锋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：