[发明专利]一种燃料电池膜电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池膜电极的制备方法，包括：采用喷涂法将第一催化剂浆料喷涂于质子交换膜的A面；将第二催化剂浆料涂布于转印介质上，并进行干燥处理；将干燥后的转印介质与喷涂第一催化剂浆料的质子交换膜贴合，其中转印介质喷涂有第二催化剂的一面朝向质子交换膜未被喷涂的B面，在质子交换膜被喷涂第一催化剂浆料的A面覆上保护膜，采用热转印工艺，热压后剥离转印介质即得到燃料电池膜电极。本发明先喷涂后转印避免了单一超声喷涂法中不易翻转铺膜，以及质子交换膜容易卷翘的问题，提高了生产效率，避免了单一转印法中催化层与质子交换膜界面电阻较大的问题，降低了欧姆阻抗损失。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池膜电极的制备方法，属于燃料电池膜电极技术领域。

背景技术

近几年质子交换膜燃料电池 (Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)作为一种新型的清洁能源，由于其低污染甚至是无污染性被全球广泛关注。而PEMFC的核心部件膜电极 (Membrane Electrode Assembly, MEA)，是燃料电池发生氧化还原的主要场所，也是研究者们研究的重点，特别是对其制作工艺的研究。

按照结构不同的特点，传统的膜电极制备方法可以分为GDE法(Gas DiffusionElectrode, GDE)和CCM法(Catalyst Coated Membrane, CCM)。所谓GDE法主要是将催化剂浆料涂到气体扩散层上形成催化剂层，然后通过热压工艺将GDE与质子交换膜结合在一起制成MEA。但是该工艺制备的膜电极界面电阻较大，不利于质子传导，而且催化剂颗粒可能堵塞扩散层中的孔隙，影响气体的扩散，增加传质阻力，从而降低电池性能。目前普遍采用的是CCM法，即在质子交换膜上形成催化剂层，再与气体扩散层结合形成MEA。该方法制备的膜电极孔隙率较大，有利于气体扩散，可以提高催化剂的利用率，而且制备的催化剂层与质子交换膜接触紧密，从而提高了质子传导性。

采用直接喷涂法制备膜电极，喷涂效率低，制备时间长，而且对于较薄的质子交换膜，在除去保护层后容易褶皱，喷涂前的铺膜花费时间较长，所以目前喷涂法只能用于小规模的生产和研发，不利于批量化生产。另外，喷涂法制备的催化层较为疏松，随着膜电极的使用，催化层容易脱落，严重影响电池的使用寿命。采用转印法制备膜电极，催化层与质子交换膜界面电阻较大，而且涂布干燥后再热压会使催化层更为密实，降低了催化剂层的孔隙率，进而影响膜电极的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种燃料电池膜电极的制备方法，先喷涂后转印避免了单一超声喷涂法中不易翻转铺膜，以及质子交换膜容易卷翘的问题，提高了生产效率，避免了单一转印法中催化层与质子交换膜界面电阻较大的问题，降低了欧姆阻抗损失。

为解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征是，包括：

采用喷涂法将第一催化剂浆料喷涂于质子交换膜的A面；

将第二催化剂浆料涂布于转印介质上，并进行干燥处理；

将干燥后的转印介质与喷涂第一催化剂浆料的质子交换膜贴合，其中转印介质喷涂有第二催化剂的一面朝向质子交换膜未被喷涂的B面，在质子交换膜被喷涂第一催化剂浆料的A面覆上保护膜，采用热转印工艺，热压后剥离转印介质即得到燃料电池膜电极。

进一步地，所述第一催化剂浆料的配制方法是：将催化剂、去离子水、5％Nafion溶液和溶剂混合，其中催化剂、去离子水、5％Nafion溶液以及溶剂之间质量比为1 : 1~20 :2~15 : 20~50；经过超声剪切处理0.5~1 h得到所需的第一催化剂浆料。

进一步地，所述第二催化剂浆料的配制方法是：将催化剂、分散剂、5％Nafion溶液和粘结剂混合，其中催化剂、分散剂、5％Nafion溶液和粘结剂之间质量比为1 : 1~12 : 2~15 : 0.2~5；经过超声搅拌处理1~16 h得到所需的第二催化剂浆料。