[发明专利]一种燃料电池膜电极的批量生产方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池膜电极的批量生产方法，包括以下步骤：(1)在膜电极阳极制备区域，制备阳极催化层膜电极；(2)将制备的膜电极转移到CCD检测区，平整地放在透明玻璃板上，进行膜电极催化层表观检测；(3)将步制得的合格的膜电极转移到烘干区，经过隧道加热炉对催化层进行无尘烘干；(4)将膜电极转移至阴极制备区，重复步骤(1)～(3)即可制得一致性较好的燃料电池膜电极CCM。与现有技术相比，本发明工艺简单、高效可靠，在膜电极组件MEA制作的初始阶段进行筛选，优化了CCM的制作工艺，提高了CCM产品的合格率，适合批量生产，此外，生产的产品一致性更好，有效降低燃料电池的生产成本，适用于大电流放电的燃料电池车载电堆。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池膜电极的批量生产方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(以下称为燃料电池)，是一种不经卡诺循环，利用燃料(氢气)与氧化剂(一般采用空气)的电化学反应，将化学能直接转化为电能的发电装置。由质子交换膜与贵金属催化剂构成的燃料电池膜电极组件(MEA)是燃料电池的核心部件，在燃料电池的工作过程中，MEA需要有效地将燃料与氧化剂阻隔开，防止燃料与氧化剂混合直接发生化学反应而不是电化学反应，极端情况下甚至可能引起爆炸，或者燃料与氧化剂的互相渗漏引起的电池发电效率下降和寿命的衰减。

在质子交换膜燃料电池中，阴阳极催化层一般都采用碳载纳米Pt、Pd贵金属或其合金作为催化剂。在燃料电池阴极发生电化学的过程中，空气中的氧气经气体扩散层(GDL)向质子交换膜扩散，而阳极电化学反应产生的氢质子则透过质子交换膜往阴极传递。质子和氧气在贵金属催化剂表面活性位相遇后，发生氧气的还原反应(ORR)生成水，两种反应物质均消亡。

因此，为了提升燃料电池的比功率和能量转化效率，如何高效、一致地批量制备出性能优异的燃料电池的核心部件MEA就显得尤为重要。在目前大多数方法中，普遍采用的方法是将催化剂浆料通过气体引流的方式直接喷涂于质子交换膜上形成催化剂直涂膜组件(CCM)。另一种更适于量产的方法是将催化剂浆料直接涂布于气体扩散层或者转印膜上，通过热压转印至质子交换膜上的方法形成CCM。制作完CCM以后再粘贴炭纸(GDL)和边框，并通过冲切、激光切割、模切等成型工艺定型，最终形成MEA产品。这些工艺普遍缺少了在CCM制作过程中的检测环节，如果质子交换膜有漏洞或者在制作CCM过程中损坏了质子交换膜，没有及时检测，都会造成原材料的浪费，并且在后期MEA制作完成并检测过程中，再发现不合格产品，将大大降低生产效率。而对于CCM催化层的CCD检测，对生产膜电极性能的一致性有了保障，将大大提高电料电池的发电效率。

膜电极的批量生产与检测，如专利CN201210438967.9所述，采用恒流电源给待放电MEA进行恒定电流充电，电流传感器测量充电电流，数据采集器采集电流传感器的电流信号和待测燃料电池各节电池的电压信号，转换成数字量信号并传输到数据处理单元，数据处理单元通过编写程序实现测量数据的自动处理，经过对采集的各节燃料电池电压数据进行微分和积分运算，给出待测燃料电池膜电极的催化剂有效活性面积、双电层电容、氢渗透电流和阻抗等参数，此方法在MEA检测方面较为完善，但是并没有增加制作初期CCM的检测环节，可能因CCM不合格而造成MEA相关零部件如碳纸、边框等材料的浪费，降低生产效率。如专利CN200410093105.2所述，提供了一种燃料电池膜电极的真空检漏装置，设备主要包括机架、移动中间板、气缸、固定检测板、活动检测板、真空表和旋阀。此方法效率较低，不利于大批量工生产，而且在检测过程中有可能损坏膜电极。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池膜电极的批量生产方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池膜电极的批量生产方法，包括以下步骤：

(1)：取催化剂与全氟磺酸溶液倒入混合溶剂中，分散，制备催化剂浆料；