[发明专利]一种用保护背膜实现抗溶胀的CCM涂布工艺

说明书

本发明公开了一种用保护背膜实现抗溶胀的CCM涂布工艺，将催化剂浆料涂布在质子交换膜的第一面，干燥后形成第一催化剂层；制备具有柔性载体层的保护膜，在含有第一催化剂层的质子交换膜第一面上贴合一层设有柔性载体层的保护膜，并将其和质子交换膜压合；将催化剂浆料涂布于质子交换膜的第二面，干燥形成第二催化剂层，得到带有临时保护膜的膜电极；最后将带有临时保护膜的膜电极经过热处理或紫外光(UV)照射，剥离临时保护层，得膜电极；若选择热处理处理时，在第一催化层干燥之前需在第一催化层表面喷涂纳米氧化物溶液。本发明制备膜电极过程中有效避免了质子交换膜的溶胀，并且制备工艺简单，生产效率高且电池性能优异。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种用保护背膜实现抗溶胀的CCM涂布工艺。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种能将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能的能量转化装置。燃料电池具有能量转化效率高、无废气排放等特点，被认为是解决能源危机和环境污染的最具前景的方案之一，特别是交通运输如汽车、船舶和备用电源等方面极具应用前景。正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的开发与应用备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净高效发电方式。

膜电极组件是质子交换膜燃料电池的核心元件，造价占总成本的三分之一。当前被广泛应用的膜电极制备方法主要是涂布法，分为催化剂直接涂布质子交换膜法和间接涂布。催化剂涂布质子交换膜法制备的膜电极催化层与膜接触紧密，使得内阻减小，性能最优。但是质子交换膜对醇类有机溶剂比较敏感，特别是第二面涂布催化剂时，容易引起质子交换膜的溶胀和褶皱，导致催化层脱落和涂布失败，因此大量涂布工作主要选择涂布质子交换膜的第一面，而第二催化层涂布在离型膜上进行热转移，但是此种方式在催化层热转移的过程中，催化层仍有大量残留在离型膜上，并且工艺复杂，成本较高。目前采用的对质子交换膜第二面涂布时选择设置保护膜对第一次涂布的催化剂涂层加以保护，然而并没有具体公开保护膜的制备以及在制备CCM中的应用，而且现有保护膜在第二面涂布结束后难以剥离，会带走大量催化剂涂层。

发明内容

根据上述提出的在涂布过程中涂布第二面引起的质子交换膜溶胀以及剥离时催化层掉落等技术问题，本发明提供一种用保护背膜实现抗溶胀的CCM涂布工艺，解决了连续涂布过程中质子交换膜的溶胀和收缩问题，避免了催化剂层脱落和出现裂纹，且制备的膜电极表面平整度高、均匀性好，电化学性能优异。

本发明采用的技术手段如下：

一种CCM涂布工艺，包括以下步骤：

(1)制备催化剂浆料，将制备所得的催化剂浆料涂布在质子交换膜的第一面，干燥后在质子交换膜的第一面形成第一催化剂层；

(2)制备临时保护膜：采用UV涂层或者热降解功能涂层作为柔性载体层，涂布在保护膜上，形成具有柔性载体层的临时保护膜；

(3)将临时保护膜热压贴合于质子交换膜的第一催化剂层上；

(4)将催化剂浆料涂布于质子交换膜的第二面，烘箱干燥后，形成带有临时保护膜的CCM；

(5)将带有临时保护膜的CCM进行降粘处理，降低临时保护膜和第一催化剂层之间的粘着力，剥离临时保护膜，即得到CCM。

进一步地，步骤(1)中，催化剂浆料由固体催化剂颗粒、分散剂和粘结剂组成，固体催化剂颗粒、粘结剂和分散剂的质量比为1:2-10:40-60；所述固体催化剂颗粒为碳载Pt或碳载Pt合金，金属Pt含量为10-90wt％；所述分散剂为乙醇、甲醇、异丙醇或正丙醇中的一种或多种；所述粘结剂为5wt％的全氟磺酸树脂液。

进一步地，步骤(2)的具体制备步骤为，以涂布速度为4m/min，湿厚为80-200μm的工艺，将具有热降解功能的化合物溶液或具有UV功能的化合物溶液均匀涂布在保护膜上，在40℃下烘干得到具有柔性载体层的临时保护膜；