[发明专利]膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池

说明书

本发明提供了一种膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池。该膜电极的制备系统包括：边框薄膜制备系统，用于形成具有镂空区域的边框薄膜；层压系统，用于将边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；催化剂喷涂系统，用于对复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成膜电极；其中，边框薄膜制备系统、层压系统和催化剂喷涂系统沿物料的传输方向依次设置。采用上述制备系统提高了催化剂的利用率，降低了催化剂的用量，使催化剂层与质子交换膜更好地接触，从而提高了质子传导性，提高了电池性能，进而使采用上述制备系统的膜电极制备工艺能够适用于工业化批量生产，且成本较低。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池。

背景技术

目前膜电极按照结构不同可以分为CDM法和CCM法两种。其中，CDM法通常是将催化剂层制备到扩散层表面，形成扩散电极，然后将扩散电极与质子交换膜通过一定的工艺结合在一起。然而，在上述CDM法制备膜电极的工艺中，制得的扩散电极与质子交换膜的接触不够紧密，界面电阻较大，不利于质子传输，且催化剂层需要很厚，成本较高。因此，目前应用较为普遍的是CCM法，CCM法是通过将催化剂制备到质子交换膜上形成覆有催化剂的膜，再与扩散层结合在一起，这种方法可以提高催化剂的利用率，进一步降低Pt的用量，催化剂层与质子交换膜接触也更好，从而提高了质子传导性，提高了电池性能。

CCM法主要分为间接法和直接法，间接CCM法制备膜电极的工艺主要通过将配制的催化剂浆料印刷、浇铸或喷涂在某种承印介质材料(如PTFE膜等)表面，然后通过热压将活性催化剂层转移到质子交换膜表面的方法；上述直接法制备膜电极的工艺是指将催化剂直接喷涂在质子交换膜表面从而制备膜电极的方法，工艺中通常采用框架将质子交换膜固定于喷涂平台上，并用真空吸附的方式使质子交换膜保持平整，然后将催化剂浆料直接喷涂在质子交换膜上，喷涂过程中采用加热或者光照的方式，瞬间将浆料中的熔剂挥发掉。

然而，上述间接法制备CCM膜电极的不足之处在于温度和压力对膜以及催化剂在膜上附着强度有影响，而且在热压时，膜和转移介质接触的边缘由于受力不均匀，容易被破坏；另外，在转移过程中，由于热压使得部分催化剂黏在转移介质上使得催化剂利用率下降，且转移介质由于经常受热压而容易变形不能重复使用，增加制备成本。而对于已公布的直接法制备CCM膜电极，其仅仅是一种实验室小量的制备工艺不适合工业化生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种膜电极的制备系统、膜电极的制备方法及燃料电池，以解决现有技术中膜电极的生产工艺不适用于工业化生产的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种膜电极的制备系统，包括：边框薄膜制备系统，用于形成具有镂空区域的边框薄膜；层压系统，用于将边框薄膜分别设置于质子交换膜的两侧并进行层压，形成复合薄膜；催化剂喷涂系统，用于对复合薄膜的两侧表面喷涂催化剂，形成膜电极；其中，边框薄膜制备系统、层压系统和催化剂喷涂系统沿物料的传输方向依次设置。

进一步地，还包括传输装置，传输装置用于传输物料，传输装置包括第一传输装置，边框薄膜制备系统包括沿第一传输装置的传输方向依次设置的放卷设备、胶黏剂涂布设备、干燥设备和模切设备。

进一步地，干燥设备为烘箱，烘箱中烘道的长度为3～15m。

进一步地，层压系统包括辊压机，传输装置还包括与第一传输装置连接的第二传输装置，用于将边框薄膜和质子交换膜送入辊压机中。

进一步地，传输装置还包括与第二传输装置连接的第三传输装置，催化剂喷涂系统包括沿第三传输装置的传输方向依次设置的催化剂喷涂设备和收卷设备，第三传输装置与第二传输装置连接。

进一步地，催化剂喷涂设备包括第一喷涂组件和第二喷涂组件，第一喷涂组件和第二喷涂组件相对设置于第三传输装置的两侧。