一种膜电极的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种膜电极的制备方法，包括以下步骤：将依次叠加设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层进行热压，得到第一膜电极，所述阳极催化层含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂；将所述第一膜电极进行电子辐射，得到膜电极。在制备膜电极的过程中，由于催化层中含有辐射交联敏化剂，在电子辐射的过程中，催化层中的敏化剂生成可供交联的自由基，同时质子交换膜也生成可供交联的自由基，在敏化剂的作用下，催化层与质子交换膜发生交联反应，使催化层和质子交换膜连接在一起，从而使催化层和质子交换膜紧密接触，形成牢固的膜电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及
技术介绍
质子交换膜电极主要用于甲醇燃料电池、氢氧燃料电池和水电解电池，其是燃料电池的核心部件。在燃料电池中，甲醇或氢气等燃料在质子交换膜电极的阳极发生氧化反应，放出质子和电子，质子通过质子交换膜到达阴极，电子通过外电路做功后到达阴极，氧气得到电子后再与质子复合生成水，完成燃料的做功循环；而在水电解电池中，水在阳极被氧化，放出氧气和质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，被还原生成氢气，完成水的电解过 程。在上述过程中，膜电极中催化层与质子交换膜的紧密接触是保证电极在低能耗下稳定运行的关键前提条件。为了保证催化层与质子交换膜的紧密接触，研究者采用了热压法、电化学沉积法、化学沉积法、浸溃还原法、真空溅射法及其它方法等。例如专利号为CN101008087A中国专利，其采用溶剂蒸发手段先制成一体化膜电极，再进行结晶化处理使得催化层中聚合物电解质与质子交换膜共同结晶，实现催化层与膜的牢固结合，提高了电解水过程中膜电极对气体冲刷的抵抗能力。中国专利CN1853300A采用一种半共延设计手段，将膜电极的周围用密封材料粘结，制得具有压力稳定性、气密性且成本低的膜电极组件，可用于PEM水电解槽、再生燃料电池或其它的电化学装置。中国专利CNlO 1388463A在电解质膜的两面分别涂刷催化剂构成亲水薄层结构，再在常温下与扩散层、支撑层压紧在钛板内制备膜电极，避免了热压过程中的膜变形，提高了电池的电解性能和稳定性。中国专利CN102260877A采用一种转印模板法将催化剂层转印到离子膜上，在保证离子膜与催化剂层的结合牢固程度的前提下，减少对离子膜的直接损伤，延长了膜电极的使用寿命。由此，专利技术人考虑了。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供，通过本专利技术提供的方法形成牢固的膜电极。有鉴于此，本专利技术提供了，包括以下步骤将依次叠加设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层进行热压，得到第一膜电极，所述阳极催化层中含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂；将所述第一膜电极进行电子辐射，得到膜电极。优选的，所述第一辐射交联敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异腈酸酯或三烯丙基氰酸酯；所述第二辐射交联敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异腈酸酯或三烯丙基氰酸酯。优选的，所述阳极催化层中含有第一全氟磺酸树脂，所述第一全氟磺酸树脂的含量为O. 5^2g/cm2 ;所述阴极催化层含有第二全氟磺酸树脂，所述第二全氟磺酸树脂的含量为 O. 5 2g/cm2。优选的，所述第一辐射交联敏化剂的含量为所述第一全氟磺酸树脂的5wt% 25wt% ;所述第二福射交联敏化剂的含量为所述第二全氟磺酸树脂的5wt% 25wt%。优选的，所述电子辐射辐照的剂量为O. f20Mrad。优选的，所述阴极扩散层为碳纸、碳布或碳毡；所述阳极扩散层为碳纸、碳布或碳毡。优选的，所述第一膜电极采用密封边框进行密封。优选的，所述热压的时间为5 10min，所述热压的温度为10(Tl5(rC。本专利技术提供了，包括以下步骤将依次叠加设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层进行热压，得到第一膜电极，所述阳极催化层中含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂；将所述第一膜电极进行电子辐射，得到膜电极。在制备膜电极的过程中，由于催化层中含有辐射交联敏化剂，在电子辐射的过程中，催化层中的敏化剂生成可供交联的自由基，同时质子交换膜也生成可供交联的自由基，在敏化剂的作用下，催化层与质子交换膜发生交联反应，使催化层和质子交换膜连接在一起，从而使催化层和质子交换膜紧密接触，形成牢固的膜电极。附图说明图I为本专利技术实施例与对比例制备的膜电极在2A电流下对甲醇进行氧化的曲线图。具体实施例方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了，包括以下步骤将依次叠加设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层进行热压，得到第一膜电极，所述阳极催化层中含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂；将所述第一膜电极进行电子辐射，得到膜电极。在制备膜电极的过程中，为了使催化层与质子交换膜能够紧密接触，本专利技术的催化层中含有辐射交联敏化剂，在电子辐射的作用下，催化层与质子交换膜发生交联，使催化层与质子交换膜紧密地连接在一起，从而形成了一种牢固的膜电极。按照本专利技术，首先将阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层进行压制，得到第一膜电极。在制备的第一膜电极中，所述阳极催化层含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂。所述阴极扩散层的材料与阳极扩散层的材料本专利技术没有特别的限制，可以为碳布、碳纸或碳毡等本领域技术人员熟知的材料，所述阴极扩散层与所述阳极扩散层的材料可以相同也可以不同，本专利技术没有特别的限制。所述阳极催化层的阳极催化剂本专利技术没有特别的限制，优选为以钼、铱等贵金属为主要成分的催化剂，更优选为碳载钼、碳载铱、钼钌黑、氧化铱、钽和氧化钽中的一种或多种；所述阴极催化层的阴极催化剂本专利技术同样没有特别的限制，优选以钼或碳载钼为主要成分。所述阳极催化层中优选含有第一全氟磺酸树脂，所述第一全氟磺酸树脂的含量按电极面积计算优选为O. 5^2g/cm2 ;所述阴极催化层中优选含有第二全氟磺酸树脂，所述第一全氟磺酸树脂的含量按电极面积计算优选为O. 5 2g/cm2。所述第一全氟磺酸树脂的含量与所述第二全氟磺酸树脂的含量可以相同，也可以不同，本专利技术没有特别的限制。所述质子交换膜优选为全氟磺酸膜、部分氟化的质子交换膜、非氟化的质子交换膜或以聚四氟乙烯多孔膜为基底的复合质子交换膜。所述全氟磺酸膜优选为Nafion膜、Dow膜或Flemion膜，所述部分氟化的质子交换膜优选为Ballard公司提供的BAM3G膜，所述非氟化的质子交换膜优选为Bais公司提供的磺化苯乙烯、乙烯基丁烯和苯乙烯三嵌段共聚物膜。 本专利技术所述阳极催化层中含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂。所述第一辐射交联敏化剂优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三烯丙基异氰酸酯(TAlC)或三烯丙基氰酸酯(TAC)；所述第二辐射交联敏化剂优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三烯丙基异氰酸酯(TAlC)或三烯丙基氰酸酯(TAC)。所述阳极催化层中的所述第一辐射交联敏化剂与所述阴极催化层中的所述第二辐射交联敏化剂可以相同，也可以不同，本专利技术并没有特别的限制。所述第一辐射交联敏化剂的含量优选为所述第一全氟磺酸树脂的5wt9T25wt%，更优选为l(T20wt% ;所述第二辐射交联敏化剂的含量优选为所述第二全氟磺酸树脂的5wt9T25wt%，更优选为l(T20wt%。所述阳极催化层中的所述第一辐射交联敏化剂的含量与所述阴极催化层中的所述第二辐射交联敏化剂的含量可以相同，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将依次叠加设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层进行热压，得到第一膜电极，所述阳极催化层中含有第一辐射交联敏化剂，所述阴极催化层中含有第二辐射交联敏化剂；将所述第一膜电极进行电子辐射，得到膜电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢巍，廖建辉，张弘，张玉微，
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：