本发明专利技术提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和成型夹具。制备方法为将催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层依次叠放于平行放置的两个平板之间；平板上设有螺孔且通过螺栓相连；设置扭矩为0.5N·m～5N·m，将两个平板进行压紧后固定相对位置；将固定后的两个平板，以及两个平板间的催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层在140℃～300℃加热2min～30min后取出，去除所述平板，得到质子交换膜燃料电池膜电极。实验证明，采用本发明专利技术方法制备的膜电极具有较为优异的放电性能，其制备工艺操作简便，也无需引入价格较为昂贵的高精度模压机。因此，使用上述方法制备膜电极操作简便，成本低，电化学性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和质子交换膜燃料电池膜电极成型夹具。
技术介绍
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的发电装置，于1839 年由Gove首次提出。相对于传统的能量转换系统，燃料电池具有诸多优点首先，其不受卡诺循环的限制，能量转换效率高；其次，产物通常为水，对环境污染小。燃料电池的高效和无污染的特性使其近年来受到越来越多的关注。质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)是一类重要的燃料电池，它是将甲醇、氢气、甲酸等燃料通过一种由离子交换膜和催化剂电极组成的膜电极进行发电的装置。其中氢氧质子交换膜燃料电池的工作原理如下1)、氢气通过管道或导气板到达阳极；2)、在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2 个电子，电子在外电路形成电流；3)、在电池的另一端，氧气通过管道或者导气板到达阴极， 在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水。 反应式如下阳极反应H2— 2H++2e阴极反应l/202+2H++&— H2O总反应为4+1/2 — H2O质子交换膜燃料电池具有诸多优点，具体如高效转化、低碳环保等，近年来发展迅速。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心组件之一，膜电极体包括依次设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层。现有的膜电极通常按照如下方法制备首先分别在阳极扩散层和阴极扩散层表面制备阳极催化剂层和阴极催化剂层， 得到催化剂阳极层和催化剂阴极层；然后将离子交换膜置于催化剂阳极层和催化剂阴极层之间，并使用热压方法将其压为一体，得到膜电极复合体。在此基础之上，为了改善燃料电池的电化学性能，现有技术从膜电极的结构、催化剂和离子交换膜的改进等方面入手提供了多种改进方法，具体如申请号为200710144386. 3的中国专利公开了一种自呼吸式燃料电池膜电极，其是将多孔金属网状集流体和阴极催化层制成一体后将各组件热压成型。采用这种内集流的方式来降低了自呼吸式燃料电池膜电极的电阻，提高了膜电极的性能。申请号为内01801938.2的中国专利公开了一种膜电极接合体的制造方法，该专利通过在基材薄膜上涂布第一催化层，在其上涂布将离子交换树脂溶解或分散于液体中而形成的涂布液，形成离子交换膜，然后，在其上涂布含催化剂的涂布液，形成第二催化剂层， 最后将基材薄膜剥离，得到膜电极集合体。采用该方法，可以高效率且连续地制造催化剂层厚度均勻的高性能的固体高分子型燃料电池用的膜电极。申请号为99815574. 8的中国专利公开了一种用于燃料电池的电极-膜组合，其通过电子束物理蒸汽沉积法在膜上沉积约3埃到475埃厚度的贵金属催化剂改进了功率输出ο申请号为200710001423. 5的中国专利中提供了一种催化剂涂布膜(CCM)，该催化剂涂布膜包括阳极催化剂层，其中包含由非担载催化剂构成的第一催化剂层和由担载催化剂构成的第二催化剂层；阴极催化剂层，则是由担载催化剂构成。这种方法可降低电极和电解质膜之间的界面电阻，降低催化剂的使用量，以及降低电极层中的厚度偏差。采用该 MEA的燃料电池具有担载催化剂的最大活性，并改善了电池性能如输出电压、输出密度、效率等。申请号为200680017344. 7的中国专利公开了一种膜电极接合体，其是在多孔基材中填充高分子电解质，构成电解质膜，在其两侧配置催化剂电极。同时，在催化剂层与电解质膜接触的一面中，高分子电解质的含量多于催化剂层的其它部分。200810046956. X的中国专利公开了一种基于多孔基体的燃料电池催化剂层、膜电极及其制备方法，其将多孔质子交换膜浸渍催化剂料浆后干燥热压成催化层，再与表面涂有微孔层或水管理层的碳纸热压，然后再与质子交换膜热压制得膜电极。申请号为200310102638. 8的中国专利公开了一种用于质子交换膜燃料电池的膜电极结构及其制备方法，其采用了一种催化层，它由覆盖在膜表面的亲水催化层和疏水催化层的复合双层组成。这种电极结构，有利于阳极ω2排出和阴极&扩散和水排出，减小了传质极化损失，增大了极限电流密度，提高了电极性能和贵金属催化剂利用率。申请号为200980106031. 2的中国专利公开了一种固体高分子型染料电池用膜电极接合体的制造方法，其将含有纤维径1 μ m 50 μ m的碳纤维和质子传导性聚合物的混合物制成气体扩散层，取得了较好的效果。上述方法虽可使质子交换膜燃料电池的电化学性能有所提高，但大多操作繁琐， 或者引入价格较为昂贵的模压设备。由此提高了质子交换膜燃料电池的生产成本。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和质子交换膜燃料电池膜电极成型夹具。使用上述方法制备膜电极操作简便，无须引入昂贵模压设备，电化学性能优异。有鉴于此，本专利技术提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括将催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层依次叠放于平行放置的两个平板之间；所述平板上设有螺孔，所述两个平板通过螺栓相连；设置扭矩为0. 5N · m 5N · m， 将两个平板进行压紧后固定相对位置；所述催化剂阳极层包括阳极扩散层和覆于所述阳极扩散层表面的阳极催化剂层；所述催化剂阴极层包括阴极扩散层和覆于所述阳极扩散层表面的阴极催化剂层；将固定后的两个平板，以及两个平板间的催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层在140°C 300°C加热aiiin 30min后取出，去除所述平板，得到质子交换膜燃料电池膜电极。优选的，所述平板为钢板或合金铝板。优选的，所述阳极催化剂为PtRu黑或PtRu/C电催化剂。优选的，所述阴极催化剂为Pt黑或Pt/C电催化剂。优选的，所述阳极扩散层和阴极扩散层为碳纸或碳布。本专利技术还提供一种质子交换膜燃料电池膜电极成型夹具，包括平行放置的第一平板和第二平板，所述第一平板和第二平板上设有螺孔；所述第一平板和第二平板之间形成置物区；连接所述第一平板和第二平板的螺栓。优选的，所述平板为钢板或合金铝板。优选的，所述螺孔对称的设置于所述第一平板或第二平板的四个边角处。本专利技术提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。相对于现有的膜电极制备方法，本专利技术对膜电极的模压方式进行调整。为了提高燃料电池的性能，首先将膜电极各层置于两个平板之间，上述平板上设有螺孔，且通过螺栓平行固定连接，在平板的压力作用下，膜电极各层充分、平整的接触。同时，本专利技术对扭矩进行控制，保证加热工序中平板对膜电极各层施加适宜的压紧力，模压过程中膜电极各层不易发生变形，由此保证模压后的膜电极中的阳极扩散层、阴极扩散层具有较高的孔隙率，保证质子、电子、气体和体系输送的通畅性，提高燃料电池的电化学性能。本专利技术还配合对加热温度和时间进行控制，保证各层之间具有较高的粘结强度，延长燃料电池的循环使用寿命。实验证明，采用本专利技术方法制备的膜电极具有较为优异的放电性能，其制备工艺操作简便，也无需引入价格较为昂贵的模压设备。因此，使用上述方法制备膜电极操作简便，成本低，电化学性能优异。附图说明图1为平板、催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层的放置示意图；图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖建辉，严亮，司风占，刘长鹏，梁亮，邢巍，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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