本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法，其中制备方法包括如下步骤：先配制全氟磺酸树脂溶液；再在阳极气体扩散层和阴极气体扩散层的表面上分别涂覆上全氟磺酸树脂溶液，烘干得到全氟磺酸树脂层Ⅰ和全氟磺酸树脂层Ⅱ；按照阳极气体扩散层-全氟磺酸树脂层Ⅰ-阳极催化层-质子交换膜-阴极催化层-全氟磺酸树脂层Ⅱ-阴极气体扩散层的顺序摆放，在140℃下热压合得到膜电极组件。本发明专利技术通过在热压合过程中，使涂覆在气体扩散层表面全氟磺酸树脂与催化层中全氟磺酸树脂相互粘结，从而有效增强气体扩散层与催化层的结合力，提高膜电极组件的产品合格率及其在使用过程中的结构稳定性，提升膜电极组件性能及延长膜电极组件寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池领域，具体地说是。
技术介绍
膜电极组件(MEA)是燃料电池发电的关键核心部件，膜电极组件与其两侧的双极板组成了燃料电池的基本单元即燃料电池单池。质子交换膜燃料电池的膜电极组件均为气体扩散电极，由气体扩散层、催化层及质子交换膜组成，传统的膜电极组件是将Pt/ C催化剂与一定量的聚四氟乙烯(PTFE)混合均匀后，采用刮涂、喷涂、丝网印刷等方法制备在气体扩散层(GDL)上，形成气体扩散电极(GDE)，即将催化层制备在气体扩散层上，最后将气体扩散电极与质子交换膜在一定温度下压合得到，称为GDE型膜电极组件。专利CN02138482. 7、CN200410013147. O、CN200410027867. 2 等均涉及到⑶E 型膜电极组件的制备方法。但此方法制备的膜电极组件中催化剂利用率较低，电极性能较差，已逐渐被淘汰。目前，比较先进的膜电极组件制备方法是将全氟磺酸树脂与催化剂混合均匀形成浆料，再通过转移法、喷涂法等将催化层制备在质子交换膜上，形成薄层覆膜催化层电极即CCM,最后将气体扩散层与CCM在一定温度下压合得到膜电极组件，称为CCM型膜电极组件。CCM型膜电极组件由于催化层直接制备在质子交换膜上，催化层与质子交换膜结合良好，显著提高了催化剂的利用率和质子传导能力，是目前质子交换膜燃料电池膜电极组件制备的主流技术路线。但对于CCM型膜电极组件，由于气体扩散层通常采用含有一定聚四氟乙烯的碳纤维纸，而催化层则通常为全氟磺酸树脂和催化剂，材料组成各不同，因此在MEA制备过程中，气体扩散层与催化层结合力较弱，在使用过程中容易出现气体扩散层与催化层分离，导致接触电阻增大、反应物质扩散阻力增加等问题，从而使得膜电极组件性能下降、寿命缩短。专利CN03139647.X提出了一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，采用低沸点、低粘度醇为分散剂，以高沸点、高粘度醇为稳定剂制备催化剂浆料，然后通过丝网印刷、喷涂或刷涂等方法置于质子交换膜两侧，最后将涂有催化剂的膜电极与憎水处理的碳纸或碳布在一定温度和压力下得到膜电极组件。专利CN200610035275. 4公开了一种直接喷涂制备燃料电池膜电极的方法，具体工艺是将质子交换膜预处理后固定于一个装置中，采用喷涂的方法将催化剂浆料喷涂于质子交换膜表面得到CCM，然后再与气体扩散层组合得到完整的膜电极组件。专利CN200710044270. 2、US5211984和US6847518则是通过转移的方法得到CCM，即首先将催化剂浆料涂到一种转移介质上，然后把两片分别涂有阴、阳极催化剂的转移介质与质子交换膜热压，剥离后得到CCM，最后再与气体扩散层组装后得到膜电极组件。此外，专利 CN200810024885. 3、CN200810300046. X、CN200910184058. 5、CN200910056321. 2等也均涉及到CCM型膜电极组件的制备方法。但上述所有专利都并没有涉及膜电极组件中气体扩散层与CCM催化层的结合力问题，气体扩散层与CCM催化层的结合是否良好关系到膜电极组件结构的稳定性、性能及寿命。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供。本专利技术通过在气体扩散层表面涂覆少量的全氟磺酸树脂，在热压合过程中，气体扩散层表面全氟磺酸树脂与催化层中全氟磺酸树脂相互粘结，从而有效增强气体扩散层与催化层间结合力，也即气体扩散层与CCM的结合力，从而提高质子交换膜燃料电池膜电极组件在使用过程中的结构稳定性，提升膜电极组件性能及延长膜电极组件寿命。本专利技术采用的技术手段如下一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件的制备方法，其特征在于包括如下步骤 SI.配制质量浓度为O. I 1%的全氟磺酸树脂溶液，溶剂为水和正丙醇的混合溶液，其中，混合溶液中水与正丙醇的质量比为1:1 ;S2.取一块阳极气体扩散层，在其一侧的表面上涂覆由步骤S I制得的全氟磺酸树脂溶液，涂覆的全氟磺酸树脂的量为O. 01 O. lmg/cm2，在25°C 80°C下烘干得到全氟磺酸树脂层I ;取一块阴极气体扩散层，在其一侧的表面上涂覆由步骤SI制得的全氟磺酸树脂溶液，涂覆的全氟磺酸树脂的量为O. 01 O. lmg/cm2，在25°C 80°C下烘干得到全氟磺酸树脂层II ；S3.取一块一侧带有阳极催化层，另一侧带有阴极催化层的质子交换膜，按照所述阳极气体扩散层-所述全氟磺酸树脂层I -所述阳极催化层-所述质子交换膜-所述阴极催化层-所述全氟磺酸树脂层II-所述阴极气体扩散层的顺序摆放，在140°c下热压合得到膜电极组件。作为优选，步骤SI中的全氟磺酸树脂溶液的质量浓度为O. 3%。作为优选，步骤S2中的涂覆为喷涂法或刷涂法。作为优选，步骤S2中涂覆的全氟磺酸树脂的含量为O. 05mg/cm2。本专利技术还涉及一种如所述的质子交换膜燃料电池的膜电极组件的制备方法制得的膜电极组件。本专利技术具有有效增强气体扩散层与催化层的结合力、提高膜电极组件在使用过程中的结构稳定性、提升膜电极组件性能及延长膜电极组件寿命等优点，同时采用此种方法制备的膜电极组件产品合格率可提升3%左右。该方法工艺简单，容易放大和实现。基于上述理由本专利技术可在质子交换膜燃料电池等领域广泛推广。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图I是由本专利技术中的方法制备出的膜电极组件的结构示意图。图2是由本专利技术中的方法制备出的全氟磺酸树脂的含量为O. 05mg/cm2的膜电极制成膜电极组件单电池的测试性能曲线图。图3是由本专利技术中的方法制备出的全氟磺酸树脂的含量为O. lmg/cm2的膜电极制成膜电极组件单电池的测试性能曲线图。具体实施方式一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件的制备方法，包括如下步骤SI.配制质量浓度为O. I 1%的全氟磺酸树脂溶液，溶剂为水和正丙醇的混合溶液，其中，混合溶液中水与正丙醇的质量比为1: 1，最优的全磺酸树脂溶液的质量浓度为O. 3% ；S2.取一块阳极气体扩散层7，在其一侧的表面上涂覆由步骤SI制得的全氟磺酸树脂溶液，涂覆的全氟磺酸树脂的量为O. 01 O. lmg/cm2，在25°C 80°C下烘干得到全氟磺酸树脂层I 6 ;取一块阴极气体扩散层5，在其一侧的表面上涂覆由步骤SI制得的全氟磺酸树脂溶液，涂覆的全氟磺酸树脂的量为O. 01 O. lmg/cm2，其中最优的涂覆量为O. 05mg/ cm2 ;在25°C 80°C下烘干得到全氟磺酸树脂层II 4 ;其中，涂覆采用的是喷涂法或刷涂法，但不局限于以上几种方法，只要可以均匀涂在气体扩散层表面的方法均可；另外阴极气体扩散层5和阳极气体扩散层7采用的是经过憎水处理后的炭纸、炭步、碳纤维毡等，处理方法为本领域技术人员熟知的常用的质子交换膜燃料电池中的气体扩散层的处理方法。S3.取一块一侧带有阳极催化层2，另一侧带有阴极催化层3的质子交换膜1，按照所述阳极气体扩散层7-所述全氟磺酸树脂层I 6-所述阳极催化层2-所述质子交换膜I-所述阴极催化层3-所述全氟磺酸树脂层II 4-所述阴极气体扩散层5的顺序摆放，在140°C下热压合得到膜电极组件(如图I所示)；其中，质子交换膜的处理方法为本领域技术人员熟知的常用的质子交换膜燃料电池中的气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：S1.配制质量浓度为0.1～1%的全氟磺酸树脂溶液，溶剂为水和正丙醇的混合溶液，其中，混合溶液中水与正丙醇的质量比为1:1；S2.取一块阳极气体扩散层（7），在其一侧的表面上涂覆由步骤S1制得的全氟磺酸树脂溶液，涂覆的全氟磺酸树脂的量为0.01～0.1mg/cm2，在25℃～80℃下烘干得到全氟磺酸树脂层Ⅰ（6）；取一块阴极气体扩散层（5），在其一侧的表面上涂覆由步骤S1制得的全氟磺酸树脂溶液，涂覆的全氟磺酸树脂的量为0.01～0.1mg/cm2，在25℃～80℃下烘干得到全氟磺酸树脂层Ⅱ（4）；S3.取一块一侧带有阳极催化层（2），另一侧带有阴极催化层（3）的质子交换膜（1），按照所述阳极气体扩散层（7）？所述全氟磺酸树脂层Ⅰ（6）？所述阳极催化层（2）？所述质子交换膜（1）？所述阴极催化层（3）？所述全氟磺酸树脂层Ⅱ（4）？所述阴极气体扩散层（5）的顺序摆放，在140℃下热压合得到膜电极组件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：石伟玉，慕竣屹，李娜，邢丹敏，侯中军，薛馨伟，张玉海，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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