[发明专利]一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。

背景技术

燃料电池是把化学能直接转化为电能的发电装置，可作为家用电源、中小型发电站、便携式电子设备的电源，还可作为电动车辆、航天、潜艇等的动力电源。燃料电池具有能量密度大、能量转换效率高、环保等优点，被认为是21世纪高效、节能、环境友好的发电技术。

其中质子交换膜燃料电池的膜电极是核心组件，膜电极一般包括质子交换膜和催化层。目前，膜电极的制备方法包括分别使用催化剂浆料和导电剂浆料制备催化层和扩散层，将催化层、扩散层和质子交换膜层合，使催化层位于扩散层和质子交换膜之间。

现有技术中一般采用涂布法制备催化层和扩散层。人们还尝试通过印刷方法(如丝网印刷)来制备催化层和扩散层。丝网印刷是利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版(使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住)，印刷时通过刮板的挤压，使印刷浆料通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷具有设备简单、操作方便、成本低，制版简易且成本低廉，适应性强等优点。

例如，CN 1560949A公开了一种质子交换膜燃料电池用超薄核心组件的制备方法，该方法的步骤为：(1)采用丝网印刷设备将料浆涂覆到转移介质上，制备涂覆膜，所述料浆含质量比为10∶2-5∶50-1000∶2-5∶1-5的催化剂、质子交换树脂、疏水剂、溶剂和表面活性剂；(2)通过传送装置将涂覆膜送入烘道，氮气或惰性气体保护、100-130℃条件下干燥，其中烘道长1-20m，膜走速为0.3-2m/min；(3)将质子交换膜置于两张涂覆膜的催化剂层之间，形成三合一组装件，通过传送装置将组装件送入压光机中热压处理，辊压温度为80-130℃，压力为0.2-2MPa，膜走速为0.3-2m/min；(4)剥除质子交换膜两侧的PTFE膜，即得到超薄核心组件。该方法得到的催化剂层厚度≤10μm，单层厚通常≤5μm。该方法利用了丝网印刷的设备简单、操作方便、成本低，制版简易且成本低廉，适应性强等优点，但是得到的膜电极发电性能不好。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有方法得到的质子交换膜燃料电池膜电极的发电性能不好的缺点，提供一种能够得到发电性能好的膜电极的质子交换膜燃料电池膜电极制备方法。

本发明的发明人发现，现有方法得到的质子交换膜燃料电池膜电极的发电性能不好的主要原因在于膜电极的催化层的厚度不够均匀，膜电极的电化学反应不均匀。本发明的发明人还发现，在制备催化剂浆料时，如果将催化剂浆料的固含量控制在一定范围内，则在使用催化剂浆料由丝网印刷法制备催化层的过程中，可以控制催化层的印刷精度，即控制催化层的厚度，使催化层的厚度更加均匀，从而使膜电极的电化学反应均匀地进行，进而改善膜电极的发电性能。

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，该方法包括制备扩散层；使用催化剂浆料由丝网印刷法制备催化层；将催化层和扩散层与质子交换膜层合，使催化层位于扩散层和质子交换膜之间，其中，催化剂浆料的固含量为5-15重量％。

按照本发明提供的方法，所用的催化剂浆料的固含量为5-15重量％，则在使用催化剂浆料由丝网印刷法制备催化层的过程中，可以控制催化层的印刷精度在0.5-3微米的范围内，使催化层的厚度更加均匀，使膜电极的电化学反应均匀地进行，从而改善膜电极的发电性能。

附图说明

图1为由实施例1和对比例1的膜电极组装的燃料电池的电流-电压曲线；

图2为由实施例1和对比例1的膜电极组装的燃料电池的电流-功率曲线；

图3为由实施例3和4以及对比例3的膜电极组装的燃料电池的电流-电压曲线；

图4为由实施例3和4以及对比例3的膜电极组装的燃料电池的电流-功率曲线。

具体实施方式

本发明提供的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法包括制备扩散层；使用催化剂浆料由丝网印刷法制备催化层；将催化层和扩散层与质子交换膜层合，使催化层位于扩散层和质子交换膜之间，其中，催化剂浆料的固含量为5-15重量％。

根据本发明提供的膜电极的制备方法，膜电极的具体制备方法包括但不限于以下两种：

(1)将导电剂浆料涂覆在导电基底上，得到扩散层；将催化剂浆料丝网印刷在得到的扩散层上，得到催化层；然后将催化层、扩散层和质子交换膜层合，使催化层位于扩散层和质子交换膜之间；