[发明专利]含C5-C10醇或羧酸的催化剂油墨以及膜电极组件制造方法

说明书

本文描述了用于制备燃料电池部件的方法和组合物。在一个实施方式中，该方法包括：提供基材，并在基材上形成电极或将电极附着至基材上，其中，所述形成包括：沉积含有水、水不溶性组分、催化剂和离聚物的水性混合物作为催化剂油墨。水不溶性组分包括：水不溶性C5‑C10醇、C5‑C10水不溶性羧酸或它们的组合。使用该水不溶性组分获得稳定液体介质，其使得干燥时的网状率减少，基材的溶解减少，并且基材孔的渗透减少。

政府权利

本发明在美国政府部门授予的合同下完成。美国政府部门的名称是能源部(金色领域办公室(Golden Field Office))，并且美国政府的合同号码为DE-FC36-08GO18052。

技术领域

本公开涉及一种用于聚合物电解质膜(PEM)燃料电池的膜电极组件，并且具体涉及一种制造用于膜电极组件的部件的方法，所述方法包括：在基材上沉积水性混合物以形成电极或微孔结构，所述水性混合物包含水不溶性组分、催化剂和离聚物。

背景技术

膜电极组件(MEA)是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池的核心部件。其包含在一侧上具有阳极电极并且在另一侧上具有阴极电极的PEM。最终的MEA可以是三层组件，包括：阳极层、PEM层和阴极层。此外，MEA还可以包括气体扩散层(GDL)，气体扩散层通常包括碳纸，并且附着至各电极的外表面。如果GDL附着至两个电极，则最终的MEA被认为是包括第一GDL层、阳极层、PEM层、阴极层和另一GDL层的五层组件。通常，PEM和GDL具有作为自支撑网的足够机械完整性，但是电极没有。因此，各电极通常形成在基材上，其可以是PEM、GDL、或剥离层。随后，MEA层视需要通过热量或压力结合在一起以形成复合板。

已建立了各种技术用于在基材上形成电极和/或将电极结合到MEA的其它层；但是，每种技术都存在问题。通常，将电极涂覆在剥离层上，然后层压至PEM。然而，该方法效率低且成本高。最近，通过将电极直接涂覆至PEM上对该方法进行了改进。然而，将电极直接涂覆至PEM上可能导致PEM变形或溶解，当使用较薄的PEM时，这可能尤其会产生问题。或者，可以直接将电极涂覆在多孔基材如GDL上。然而，该方法可导致将离聚物和催化剂吸入基材的孔中，改变基材的性质和/或使得部分催化剂无效。因此，需要改进的以有效且成本低廉的方式制造膜电极组件部件的方法。

发明概述

在一个实施方式中，本公开涉及一种制造燃料电池部件的方法，所述方法包括：提供基材；并在基材上形成电极；其中，所述形成包括：沉积含有水、水不溶性组分、催化剂和离聚物的水性混合物，其中，所述水不溶性组分包括水不溶性醇、水不溶性羧酸或它们的组合。在一些实施方式中，所述水不溶性组分包括：C₅-C₁₀醇、C₅-C₁₀羧酸或它们的组合。在一些实施方式中，所述基材包括多孔层、非多孔层或它们的组合。

在另一个实施方式中，本公开涉及一种制造燃料电池部件的方法，所述方法包括：在聚合物电解质膜上形成第一电极，其中，所述形成包括将水性混合物沉积在聚合物电解质膜上，其中所述水性混合物含有水、水不溶性组分、催化剂和离聚物，其中，所述水不溶性组分包括水不溶性醇或水不溶性羧酸；以及在聚合物电解质膜上形成第二电极。

在另一个实施方式中，本公开涉及一种制造燃料电池部件的方法，所述方法包括：在气体扩散层上形成第一电极，其中，所述形成包括将水性混合物沉积在气体扩散层上，并且，所述水性混合物含有水、水不溶性组分、催化剂和离聚物，其中，所述水不溶性组分包括水不溶性醇、水不溶性羧酸或它们的组合；在第一电极上形成聚合物电解质膜或使聚合物电解质膜附着至第一电解；以及在聚合物电解质膜上形成第二电极。然后，可以在第二电极上形成第二气体扩散层，或者使得第二扩散层附着至第二电极。