[发明专利]一种燃料电池高成品率催化电极批量制备方法及其设备

说明书

本发明公开一种燃料电池高成品率催化电极批量制备方法及其所用设备，步骤为：称取固体催化剂颗粒、全氟磺酸树脂溶液和低沸点醇类溶剂，制备催化剂浆料；将催化剂浆料涂布在质子交换膜一侧，完全干燥形成催化层一；将催化剂浆料涂布在支撑体膜上，形成含有凝胶态层的支撑复合体；并将具有凝胶态的支撑复合体传输到喷涂室，进行保湿功能化、抗氧化功能化以及喷涂树脂处理，使其处于凝胶态；最后揭掉质子交换膜另一面的保护膜，将其与含有凝胶态层的支撑复合体进行热压复合，支撑复合体上的凝胶态层的转移到质子交换膜上，得到催化电极；通过本发明，使得催化电极第二面制作时的成品率大幅提高，并且制备方法生产速度快，催化层性能稳定。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池高成品率催化电极批量制备方法及其所用设备。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型绿色能源技术，它具有能量转化效率高、低温启动快速，无污染等优点，在汽车动力和小型便携式发电设备上具有广泛的应用前景。膜电极是质子交换膜燃料电池中非常重要的组件，膜电极由质子交换膜、涂覆于质子交换膜两面的催化剂浆料干燥后构成催化电极后，以及再附于催化电极两面的扩散层构成，目前，常见的催化电极的制备方法为：将催化剂、粘结剂和分散剂混合配置成浆液，然后以涂布或喷涂的方法将该浆液分布在质子交换膜的两侧形成催化层。目前普遍采用的喷涂法制备催化层的方式，是将催化剂直接通过气体引流或者静电引流的方式喷涂于质子交换膜两侧，形成催化层。这种方法最大的缺陷是喷涂速度慢、加工周期长而且造成大批量催化剂的浪费。批量制备燃料电池膜电极催化层的主要方式时采用直接在质子交换膜表面涂布催化剂层，此种方法生产速度快、精密度高、一致性好、催化剂浪费少。但是质子交换膜的双面涂布工艺中，将催化剂浆料涂布在一面形成催化层后，必须附上保护背膜对催化层进行保护，之后再对质子交换膜的第二面进行涂布，但是保护背膜价格昂贵，造成催化层的生产成本大幅度提高，并且不能完全解决对第二面进行涂布时的溶胀问题，即会造成膜的收缩变形，进一步造成催化剂分布不均、产生裂纹、皲裂，甚至起壳、脱落。因此，开发新的连续化、批量化制备燃料电池催化电极催化层的方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池高成品率催化层批量制备方法，克服现有技术存在的无法稳定且高效的生产催化电极的缺陷。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:

一方面，本发明提供了一种燃料电池催化电极批量制备方法，所述方法包括如下步骤：

A.制备催化剂浆料；

B.将步骤A所得催化剂浆料涂布于质子交换膜的一侧，干燥后形成催化层一，备用；

C.将步骤A所得催化剂浆料涂布在一支撑体膜的一侧，干燥后形成含有凝胶态层的支撑复合体；

D.制备增湿-抗氧化混合溶液；

E.将所述增湿-抗氧化混合溶液喷涂于所述支撑复合体的凝胶态层上，使所述凝胶态层始终保持凝胶态；

F.将完成步骤B的质子交换膜和完成步骤E的支撑复合体进行热压复合，使所述支撑复合体上的凝胶态层转移到质子交换膜的非涂布侧，得到所述催化电极。

另一方面，本发明提供了一种燃料电池催化电极批量化生产设备，所述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；所述支撑体传送线和质子交换膜传送线均包括传送带、若干个传送辊以及若干个驱动电机；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、烘道和喷涂室；所述喷涂室为半封闭式空间，所述喷涂室的底部设有仅供传送带通过的细槽口；所述喷涂室内部靠近传送带处设置若干个雾化喷头；