[发明专利]一种高成品率燃料电池催化电极涂布生产方法及其设备

权利要求书

1.一种燃料电池催化电极的生产方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1、制备催化剂浆料，将所制得的催化剂浆料涂覆于质子交换膜的一面，烘干后备用；

S2、将S1制备的催化剂浆料涂布在一支撑体上，对所述催化剂浆料进行烘干形成催化剂层，同时在催化剂层上依次喷涂保湿溶液、抗氧化溶液、增强质子传导溶液以及全氟磺酸树脂溶液，形成具有凝胶态层的支撑复合体；

S3、将S2制备的支撑复合体与S1的质子交换膜的非涂覆面进行热压转移处理，使支撑复合体上的凝胶态层转移到质子交换膜的非涂覆面上，烘干后得到所述催化电极；

S2中对支撑体的涂布湿厚为20-30μm，烘干温度为30-60℃；S2中任一所述溶液的喷涂均为间隔式喷涂，喷涂频率为150-350ms/次，喷涂间隔时间为100-200ms；喷涂流量为6-10mL/min,喷涂速度200-400mm/s；

所述保湿溶液为化合物I和溶剂的混合；所述抗氧化溶液为化合物II与溶剂的混合；所述增强质子传导溶液为化合物III与溶剂的混合；

化合物I、化合物II、化合物III和全氟磺酸树脂喷涂担量均为0.01-0.02mg/cm²；

所述化合物I为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化锆和纳米氧化铝中的一种；所述化合物II为纳米氧化锰、纳米二氧化锰、纳米氧化铈和纳米氧化锆中的一种；所述化合物III为杂多酸。

2.一种权利要求1所述生产方法所用的燃料电池催化电极的生产设备，其特征在于：所述生产方法所用的设备为连续涂布设备；所述连续涂布设备包括支撑体传送线和质子交换膜传送线；所述支撑体传送线与质子交换膜传送线设有传送重合处；所述传送重合处设有热压复合区；

沿传送方向，所述支撑体传送线上位于热压复合区的前工位处依次设有涂布头和烘箱，所述支撑体传送线穿过烘箱，并在烘箱中呈从高到低的坡度状，所述烘箱内阵列设有若干个喷头，喷涂均设置在烘箱烘干过程中同时进行；

沿传送方向，所述支撑体传送线上位于热压复合区的后工位处设有支撑体收卷辊，所述质子交换膜传送线上位于热压复合区的后工位处设有烘箱；

所述热压复合区包括一对用于实现热压功能的加热转动辊。

3.一种利用权利要求2所述设备生产催化电极的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）将支撑体和一面涂有催化剂浆料的质子交换膜分别置于支撑体传送线和质子交换膜传送线的起始位置；

（2）通过涂布头将催化剂浆料涂布在支撑体上，然后传送至烘箱中，在烘干的同时通过不同喷头依次喷涂保湿溶液、抗氧化溶液、增强质子传导溶液和全氟磺酸树脂溶液，形成具有凝胶态层的支撑复合体；

（3）在传送带的带动下，将质子交换膜和所述支撑复合体通过热压复合区进行热压转移，使支撑复合体上的凝胶态层转移到质子交换膜的非涂覆面上，之后通过支撑体收卷辊对支撑体进行收卷，转移后的质子交换膜两面均具有催化剂层，通过烘箱进行烘干，得到所述催化电极。

4.根据权利要求1或3所述的生产方法，其特征在于：

所述保湿溶液、抗氧化溶液、增强质子传导溶液以及全氟磺酸树脂溶液中所用溶剂均为去离子水和低沸点醇类的混合；所述去离子水和低沸点醇类的质量比为1：1；

所述低沸点醇类选自乙醇或异丙醇。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述杂多酸为磷钼酸、磷钨酸和硅钨酸中的一种；所述保湿溶液中的化合物I质量分数为0.1%-0.2%；所述抗氧化溶液中化合物II的质量分数为0.1%-0.2%；所述增强质子传导溶液中化合物III的质量分数为0.1%-0.2%；所述全氟磺酸树脂溶液中全氟磺酸树脂的质量分数为0.1-0.2%。

6.根据权利要求1或3所述的生产方法，其特征在于：所述支撑体为经过电晕处理的聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，所述支撑体的厚度为50-100μm。

7.根据权利要求1或3所述的生产方法，其特征在于，S2或步骤（2）中对所述支撑体喷涂溶液时，支撑体位于沿传送方向高度逐渐降低的传送带上。