[发明专利]一种质子交换膜燃料电池用MEA及其制备方法

说明书

本发明的一种质子交换膜燃料电池用MEA及其制备方法，包括阳极气体扩散层、聚合物交换膜和阴极气体扩散层；所述阳极气体扩散层上涂布有阳极催化剂墨水制备形成阳极气体扩散电极；所述聚合物交换膜其中一面上涂布阴极催化剂墨水制备形成涂有阴极催化层的催化剂涂层膜，另一面和阳极气体扩散电极贴合；所述阴极气体扩散层和阴极催化层贴合。本发明在制备MEA过程中，不再因为膜的溶胀影响MEA的性能及寿命,同时减少了催化剂用量，提升了MEA的性能。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池用MEA及其制备方法。

背景技术

膜电极(membrane electrode assembly，MEA)是质子交换膜燃料电池(protonexchange membrane fuel cell，PEMFC)的核心部件，为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。目前PEMFC的产业化进程仍然面临着成本过高、寿命较短等问题。提高PEMFC性能、降低系统成本主要有如下两种途径：一种是从催化剂本征活性角度出发，通过改变载体、制备合金催化剂等方式降低贵金属Pt使用量，提高催化剂活性和稳定性。然而，这种方式很难全面改善PEMFC性能，因为电化学反应过程还受到三相界面以及电子、质子、气体和水的传质通道等诸多因素的影响；另一种是从膜电极和催化层结构的角度出发，通过探索出新的膜电极制备方法和制备工艺来改善PEMFC性能，这种方式涉及因素广，能从整体上协调反应进程，提高燃料电池性能。

传统MEA制备方法根据CL(catalyste layer)支撑体的不同可以分为两类：一类是CCS(catalyst coated substrate)法，是将催化剂活性组分直接涂覆在GDL(gasdiffusion layer)上，分别制备出涂布了催化层的阴极GDE(gas diffusion electrode)和阳极GDE(gas diffusion electrode)，然后用热压法将两个GDL压制在PEM(polymerexchange membrane)两侧得到MEA；另一是CCM(catalyst coated membrane)法，是将催化剂活性组分涂覆在PEM两侧，再将阴极和阳极GDL分别贴在两侧的CL(catalyste layer)上经热压得到MEA。

CCS法制备MEA的优点在于制备工艺相对简单成熟，制备过程利于气孔形成，PEM也不会因“膜吸水”而变形。缺点是制备过程中催化剂容易渗透进GDL中，造成催化剂浪费和较低的催化剂利用率。另外，CL和PEM之间的结合力也通常较差，界面阻力大。与CCS法相比，CCM法能够有效提高催化剂利用率、大幅度降低膜与CL之间的质子传递阻力，CCM法PEM需要接触溶剂，而单纯的质子交换膜容易溶胀，造成催化层不均匀，也不适合大规模量产。

转印法制备CCM过程中PEM不需要接触溶剂，因此有效避免了膜“吸水”膨胀起皱等问题，成为改进CCM型MEA性能的可靠方法之一。但也存在催化层转印不完全的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种质子交换膜燃料电池用MEA及其制备方法，在制备MEA过程中，不再因为膜的溶胀影响MEA的性能及寿命,同时减少了催化剂用量，提升了MEA的性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种质子交换膜燃料电池用MEA，包括阳极气体扩散层、聚合物交换膜和阴极气体扩散层；

所述阳极气体扩散层上涂布有阳极催化剂墨水制备形成阳极气体扩散电极；

所述聚合物交换膜其中一面上涂布阴极催化剂墨水制备形成涂有阴极催化层的催化剂涂层膜，另一面和阳极气体扩散电极贴合；

所述阴极气体扩散层和阴极催化层贴合。

进一步的，所述阳极催化剂墨水由阳极催化剂及树脂溶液混合分散后形成。