[发明专利]HT-PEMFC气体扩散电极的制备方法、膜电极及其制备方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种HT‑PEMFC气体扩散电极的制备方法、膜电极及其制备方法，其中所述HT‑PEMFC气体扩散电极的制备方法包括：制备催化剂浆料；通过丝网印刷工艺将催化剂浆料涂载在气体扩散层上；以及烘干、烧结，得到气体扩散电极；本发明通过制备可丝网印刷的催化剂浆料，经丝网印刷工艺制备出高性能的气体扩散电极GDE，再通过气体扩散电极GDE制造出与商业购买的膜电极性能相当的膜电极，解决现有技术中的气体扩散电极GDE无法规模化生产而导致膜电极无法规模化生产的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种HT-PEMFC气体扩散电极的制备方法、膜电极及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)根据所使用电解质膜的使用温度不同可分为低温质子交换膜燃料电池(LT-PEMFC)和高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)。LT-PEMFC通常使用Nafion作为电解质膜，适用温度小于100℃；HT-PEMFC通常使用磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜(PBI-PA)作为电解质，适用温度大于100℃通常在120-200℃。HT-PEMFC由于使用温度高，具有对反应气体中杂质(如CO)耐受性高、电化学反应活性高、无需加湿、热管理简单、反应废热可利用等特点，因而相对于LT-PEMFC，系统设计简单、可使用燃料来源广、能源效率高，在可携带式发电、固定式发电和交通等领域有广阔的应用前景，从而在国内外得到了广泛的研究和关注。

膜电极(MEA)是PEMFC系统的核心部件，由阳极气体扩散层(GDL)、阳极催化层(CL)、质子交换膜、阴极GDL、阴极CL组成。MEA的组成和制造直接影到燃料电池的性能。

在HT-PEMFC中，由于使用PBI-PA膜作为电解质材料，PBI-PA膜含有液体磷酸，因而不容易在该膜的两边直接涂覆(或使用转印法加载)催化剂层。也就是说，通常不能像在LT-PEMFC那样可以用CCM(catalyst coated membrane)连续法来制备HT-PEMFC MEA，而是要使用GDE法(gas diffusion electrode,或者叫Catalyst coated substrate(CCS))来制备MEA。对于HT-PEMFC，首先得把催化剂制成浆料，然后涂载在GDL上，制成气体扩散电极(GDE)，最后再把阳极和阴极GDE分别放在PBI-PA膜两边与之压合，制成MEA。因此，对于HT-PEMFC，GDE是核心部件。

HT-PEMFC早期借用液体碱性燃料电池和磷酸燃料电池使用的PTFE粘合的气体扩散电极制备MEA。这些GDE通常是通过过滤法、过滤转移、辊压和压合法制得，这些方法工艺路线长而且没有针对HT-PEMFC优化。后来普遍使用喷涂法(包括空喷和超喷)制备GDE，但是喷涂法浆料固含量低、喷涂次数多、效率低。喷涂法适合实验室制备GDE，但不易规模化生产。

而丝网印刷是一种常用的、方便的印刷方法，对墨水(浆料)的粘度要求较高。丝网印刷的墨层厚度容易控制，印刷精度较高，在不同领域都得到了广泛的应用。丝网印刷由五大要素构成，即丝网印版、刮印刮板、油墨、印刷台以及承印物。丝网印刷基本原理是：利用丝网印版图文部分网孔透过油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。印刷时，在丝网印版的一端上倒入油墨，用刮印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动。油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上。因此，为了实现催化剂浆料的丝网印刷，催化剂浆料的粘度是影响丝网印刷的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种HT-PEMFC气体扩散电极的制备方法、膜电极及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种HT-PEMFC气体扩散电极的制备方法，包括：制备催化剂浆料；将催化剂浆料涂载在气体扩散层上；以及烘干、烧结，得到气体扩散电极。