催化剂涂覆的膜及其制造方法技术

提供了一种制造用于电化学电池的催化剂涂覆的离子导电膜的方法，该方法包括：提供离子导电膜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化剂涂覆的膜及其制造方法


[0001]本公开涉及用于电化学电池的部件和制造用于电化学电池的部件的方法
。
特别地，本公开涉及一种掩蔽的电催化剂部件及其制造方法，一种制备用于电化学电池诸如燃料电池或电解槽，优选质子交换膜燃料电池或电解槽的催化剂涂覆的离子导电膜的工艺，一种通过这种工艺制造的催化剂涂覆的膜，和一种包括这种催化剂涂覆的离子导电膜的膜电极组件
。

技术介绍

[0002]燃料电池是包括被电解质隔开的两个电极的电化学电池
。
燃料
(
例如，氢气
、
醇
(
诸如甲醇或乙醇
)
或甲酸
)
被供应给阳极，并且氧化剂
(
例如，氧气或空气
)
被供应给阴极
。
电化学反应在电极处发生，并且燃料和氧化剂的化学能被转换成电能和热量
。
电催化剂用于促进阳极处燃料的电化学氧化和阴极处氧气的电化学还原
。
[0003]燃料电池通常根据所用电解质的性质进行分类
。
电解质通常为固体聚合物膜，其中该膜为电绝缘的但离子导电的
。
在质子交换膜燃料电池中，该离子导电膜是质子导电的，并且将在阳极处产生的质子横跨该离子导电膜传送至阴极，其中它们与氧组合以形成水
。
[0004]质子交换膜燃料电池的主要组分是膜电极组件
(MEA)
，该膜电极组件由多层构成
。
>中间层为聚合物离子导电膜
。
在离子导电膜的任一面上存在电催化剂层，该电催化剂层含有设计用于特定电解反应的电催化剂
。
离子导电膜和电催化剂层的这种夹层结构提供了电化学有源区域
。
电催化剂层一般还包含质子导电材料，诸如质子导电聚合物，以有助于质子从阳极电催化剂转移到离子导电膜和
/
或从离子导电膜转移到阴极电催化剂
。
邻近每个电催化剂层存在气体扩散层
。
气体扩散层必须允许反应物到达电催化剂层并且必须传导由电化学反应产生的电流
。
因此，气体扩散层必须为多孔的和导电的
。
[0005]MEA
通常带子垫片以用于燃料电池中
。
在带子垫片的
MEA
中，子垫片存在于聚合物离子导电膜的一个或两个表面上
。
子垫片包括限定
MEA
的有源区域的孔，并通过使用粘合剂附接到离子导电膜或电催化剂层
。
这些子垫片存在以防止气体泄漏，并且可包括远离有源区域的另外的孔，该孔在燃料电池组中对准以有利于气体和液体在该电池组中的输送
。
燃料电池组可包括大量带子垫片的
MEA
连同流场板，该流场板仔细地对准以避免例如气体泄漏
、
氢气穿透和性能劣化
。
电池组的总功率与该电池组中此类组件的数量成比例
。
电池组的性能部分取决于电池组中相邻组件内和之间的完整性和各种触点和密封界面
。
[0006]制造
MEA
的常规工艺首先需要制造催化剂涂覆的离子导电膜，该催化剂涂覆的离子导电膜包括设置在两个电催化剂层之间的聚合物离子导电膜
。
这可例如通过卷对卷工艺制造，其中通过贴花转移工艺将电催化剂层转移到离子导电膜的相应侧
。
可以在第二卷对卷工艺中将子垫片施加到催化剂涂覆的离子导电膜上
。
然后使用粘合剂将气体扩散层粘结到带子垫片的催化剂涂覆的离子导电膜上，来将气体扩散层与有源区域上方的带子垫片的催化剂涂覆的离子导电膜组合
。
粘合剂可以是热熔胶，在这种情况下，使用加热板在热压机中或在定制机器等同物中将部件粘结
。
这使胶流动并将部件粘结在一起
。
粘合剂也可以是
压敏粘合剂
。
[0007]在上述贴花转移工艺中，电催化剂层以卷状形式提供在临时载体网上，该载体网在电催化剂层层压到聚合物离子导电膜上之后进行剥离
。
电催化剂通常以包含分散有离聚物粘结剂和
/
或溶剂的催化剂颗粒的油墨或糊剂的形式沉积或涂覆到临时载体网上
。
[0008]如本领域技术人员将理解的，如以上关于用于燃料电池
、
特别是质子交换膜燃料电池的
MEA
的制造所讨论的相同原理也适用于制造用于电解槽
、
特别是质子交换膜电解槽的
MEA。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供一种制备催化剂涂覆的离子导电膜和制备电催化剂层
(
通常为卷状形式
)
的改进工艺，例如通过控制电催化剂向离子导电膜上的转移并减少电催化剂的浪费
。
[0010]催化剂涂覆的膜的制造方法
[0011]根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造用于电化学电池诸如燃料电池或电解槽，优选质子交换膜燃料电池或电解槽的催化剂涂覆的离子导电膜的方法，该方法包括：
[0012]提供离子导电膜
、
电催化剂层和在该离子导电膜与该电催化剂层之间的掩蔽层，其中，该掩蔽层包括一个或多个孔以提供该电催化剂层的一个或多个暴露区域和一个或多个未暴露区域；以及
[0013]将该各层接触在一起，使得该电催化剂层的该一个或多个暴露区域转移到该离子导电膜上，并且该掩蔽层防止该电催化剂层的该一个或多个未暴露区域转移到该离子导电膜上
。
[0014]本专利技术的第一方面提供了一种用于将电催化剂层转移到离子导电膜
(
诸如聚合物电解质膜
)
上的印刷掩蔽工艺，由此该电催化剂层仅在对应于该掩蔽层中的孔的暴露区域中转移到该离子导电膜上
。
该孔周围的未暴露区域中的该电催化剂层在层压期间通过该掩蔽层与该离子导电膜物理分离，因此不能转移到该离子导电膜
。
[0015]对于传统的贴花转移工艺，电催化剂贴花通常通过将油墨或糊剂形式的电催化剂的区域涂覆或沉积到载体网上来进行制备
。
此类油墨或糊剂将具有一定程度上流动的倾向，因此在贴花转移过程中控制待转移到膜上的电催化剂贴花的精确尺寸是具有挑战性的
。
因此，电催化剂贴花可能略大于其拟覆盖的膜的面积所必需的面积，这可能会引起密封催化剂涂覆的离子导电膜的问题
。
另一方面，本专利技术的印刷掩蔽工艺允许通过掩蔽层中的孔精确地控制电催化剂贴花的尺寸，例如减轻这种密封问题
。
[0016]在一些实施方案中，该方法还包括在该离子导电膜和该电催化剂层之间提供该掩蔽层的步骤之前，提供没有孔的掩蔽层的初始步骤和在该掩蔽层中切割该孔的步骤
。
这允许根据需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种制造用于电化学电池的催化剂涂覆的离子导电膜的方法，所述方法包括：提供离子导电膜
、
电催化剂层和在所述离子导电膜与所述电催化剂层之间的掩蔽层，其中，所述掩蔽层包括一个或多个孔以提供所述电催化剂层的一个或多个暴露区域和一个或多个未暴露区域；以及将所述各层接触在一起，使得所述电催化剂层的所述一个或多个暴露区域转移到所述离子导电膜上，并且所述掩蔽层防止所述电催化剂层的所述一个或多个未暴露区域转移到所述离子导电膜上
。2.
根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述离子导电膜和所述电催化剂层之间提供所述掩蔽层的步骤之前，提供没有孔的掩蔽层的初始步骤和在所述掩蔽层中切割所述孔的步骤
。3.
根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，将所述各层接触在一起的步骤包括将所述各层压制在一起
。4.
根据权利要求3所述的方法，其中，所述各层在卷对卷层压工艺中在一对辊之间被压制在一起
。5.
根据权利要求3所述的方法，其中，所述各层通过平板压机压制在一起
。6.
根据权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，所述辊或所述平板压机将所述各层加热至
100℃
至
200℃
的范围内的温度，包括
100℃
和
200℃。7.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括在将所述各层接触在一起的步骤之后从所述离子导电膜去除所述掩蔽层和所述电催化剂层的未暴露区域的步骤
。8.
根据权利要求7所述的方法，其中，所述电催化剂层的所述未暴露区域被回收并且再循环以供进一步使用
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述离子导电膜的任一侧上提供电催化剂层，并且在所述离子导电膜和每个相应的电催化剂层之间提供掩蔽层
。10.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述离子导电膜被置于两层非离子导电性密封材料之间，使得其为膜密封组件，所述膜密封组件包括一个或多个内部区域和一个或多个边界区域，所述内部区域不含非离子导电性密封材料并且是离子导电的，并且所述边界区域包括非离子导电性密封材料并且是非离子导电的
。11.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述离子导电膜包括聚合物电解质膜
。12.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电催化剂层和所述掩蔽层作为预成形的掩蔽的电催化剂部件一起提供，所述掩蔽层粘结到所述电催化剂层
。13.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括在催化剂涂覆的离子导电膜的有源区域周围施加子垫片的步骤
。14.
一种催化剂涂覆的离子导电膜，所述催化剂涂覆的离子导电膜通过根据前述权利要求中任一项所述的方法制备
。15.
一种膜电极组件，所述膜电极组件包括根据权利要求
14
所述的催化剂涂覆的离子导电膜
。16.
一种制备用于制造催化剂涂覆的离子导电膜的掩蔽的电催化剂部件的方法，所述方法包括：
提供电催化剂层；提供包括掩蔽层的掩蔽部件，所述掩蔽层包括一个或多个孔；以及将所述掩蔽层与所述电催化剂层组合以形成掩蔽的电催化剂部件
。17.
根据权利要求
16
所述的方法，其中，将所述掩蔽层与所述电催化剂层组合以形成掩蔽的电催化剂部件的步骤是将所述掩蔽层粘结到所述电催化剂层以形成掩蔽的电催化剂部件的步骤
。18.
根据权利要求
17
所述的方法，其中，将所述掩蔽层粘结到所述电催化剂层的步骤通过卷对卷层压工艺进行，其中，所述各层在一对辊之间被压制在一起
。19.
根据权利要求
17
或权利要求
18
所述的方法，其中，所述掩蔽层通过粘合剂粘结到所述电催化剂层
。20.
根据权利要求
16
至
19
中任一项所述的方法，其中，所述掩蔽部件还包括增强层，所述增强层用于在将所述掩蔽层与所述电催化剂层组合的步骤期间稳定所述掩蔽层
。21.
根据权利要求
20
所述的方法，其中，所述增强层包括增强聚合物膜
。22.
根据权利要求
20
或权利要求
21
所述的方法，其中，所述增强层通过粘合剂粘结到所述掩蔽材料
。23.

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：庄信万丰氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：