[发明专利]电催化剂层印花

说明书

本发明提供了一种催化转印基底，该催化转印基底包括转印基底、电催化剂层和位于该转印基底和该电催化剂层之间的层D，该层包括离子导电聚合物和碳材料。该层D被配置为使得在将该电催化剂层转移到表面上时，该层D的至少一部分保持附接到该电催化剂层并随该电催化剂层转移。

技术领域

本发明提供了一种具有附加层的催化转印基底，该附加层允许对电催化剂层进行标记，并有利于对廉价的转印基底材料加以利用。

背景技术

燃料电池是包括被电解质隔开的两个电极的电化学电池。燃料(例如，氢气、醇(诸如甲醇或乙醇)或甲酸)被供应给阳极，并且氧化剂(例如，氧气或空气)被供应给阴极。电化学反应在电极处发生，并且燃料和氧化剂的化学能被转换成电能和热量。电催化剂用于促进阳极处燃料的电化学氧化和阴极处氧气的电化学还原。

燃料电池通常根据所用电解质的性质进行分类。电解质通常为固体聚合物膜，其中该膜为电绝缘的但离子导电的。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，该离子导电膜是质子导电的，并且将在阳极处产生的质子横跨该离子导电膜传送至阴极，其中它们与氧组合以形成水。

PEMFC的主要部件是膜电极组件，该膜电极组件基本上由五层组成。中间层为聚合物离子导电膜。在离子导电膜的任一面上存在电催化剂层，该电催化剂层含有设计用于特定电解反应的电催化剂。最后，邻近每个电催化剂层存在气体扩散层。气体扩散层必须允许反应物到达电催化剂层并且必须传导由电化学反应产生的电流。因此，气体扩散层必须为多孔的和导电的。

电催化剂层一般还包含质子导电材料，诸如质子导电聚合物，以有助于质子从阳极电催化剂转移到离子导电膜和/或从离子导电膜转移到阴极电催化剂。

常规地，膜电极组件可通过多种方法构造。通常，这些方法涉及将电催化剂层中的一个或两个电催化剂层施加到离子导电膜以形成催化剂涂覆的离子导电膜。随后，将气体扩散层施加到电催化剂层。另选地，将电催化剂层施加到气体扩散层以形成气体扩散电极，然后将该气体扩散电极与离子导电膜组合。膜电极组件可通过这些方法的组合来制备，例如，将一个电催化剂层施加到离子导电膜以形成催化剂涂覆的离子导电膜，并施加另一个电催化剂层作为气体扩散电极。

电催化剂层可通过转印工艺来施加。首先，将常规地包括电催化剂材料、离子导电聚合物、溶剂和/或稀释剂以及任何期望包括在电催化剂层中的试剂的电催化剂油墨施加到转印基底上，并干燥以提供催化转印基底。此催化转印基底然后可例如作为卷材材料储存。然后通过转印将电催化剂层施加到期望基底，例如离子导电膜，以形成催化剂涂覆的离子导电膜。例如，可通过使用热量或通过热量和压力来促进转移。

发明内容

在含有位于膜的相对面上的两个电催化剂层的催化剂涂覆的离子导电膜中，在制造工艺完成后，可能难以区分这两层。因此，本领域需要一种有效的方法来标记电催化剂层中的一个或两个电催化剂层，而不影响膜电极组件中的电化学性能。此外，转印基底可能是昂贵的，并且因此而增加了工艺成本。这是因为要求基底具有特定的平衡性质，允许基底承载和剥离电催化剂层，在一些情况下，要求在电催化剂层和基底之间存在附加聚合物剥离层，以便于剥离。

因此，在第一方面，本发明提供了一种催化转印基底，该催化转印基底包括：

i)转印基底；

ii)电催化剂层A；

iii)层D，该层位于该转印基底和该电催化剂层A之间；其中

该层D包括离子导电聚合物和碳材料，以及

该层D被配置为使得在将该电催化剂层A转移到表面上时，该层D的至少一部分保持附接到该电催化剂层A并随该电催化剂层转移。