[发明专利]一种燃料电池阴极扩散层和膜电极二合一高效制备方法

说明书

本发明属于燃料电池制备技术领域，具体公开了一种燃料电池阴极扩散层和膜电极二合一高效制备方法，包括以下步骤：在阴极碳纸上加工若干依次排列的进气孔；将阴极碳纸放至涂胶工装中进行定位；对放置在涂胶工装中的阴极碳纸按照预定的轨迹进行涂胶；将质子交换膜贴合在涂胶完成的阴极碳纸上，得到组合体半成品；将组合体半成品从涂胶工装中取出并翻面；在组合体半成品背面的进气孔内安装密封圈，得到组合体成品对组合体成品进行裁剪，得到二合一单体。上述方法，以批量制备阴极碳纸和质子交换膜贴合的二合一单体，制备速度快，尺寸一致性高，可达到提高阴极碳纸与质子交换膜二合一单体制备效率的目的，有利于实现自动化生产。

技术领域

本发明属于燃料电池制备技术领域，尤其涉及一种燃料电池阴极扩散层和膜电极二合一高效制备方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。

质子交换膜燃料电池作为燃料电池的一种，主要由端板、集电极、控制电路、单电池、支撑构件和密封件等组成。其中单电池是质子交换膜燃料电池最重要的组成部件之一。单电池由阳极板、阴极板、阳极扩散层、阴极扩散层及膜电极(CCM)组成。

单电池的阳极板和阴极板可按照功能要求进行设计并进行加工和生产，阴极碳纸(阴极扩散层)和膜电极(CCM)二合一需要通过密封胶进行贴合制备，其制备效果的好坏是影响燃料电池性能的关键因素之一。传统的制备方法是将阴极碳纸依次通过打孔、切割等工序加工成符合单电池尺寸要求的单件。由于受切割设备加工精度，加工过程中工件的定位、移动、翘曲等因素的影响，使得部分单件阴极碳纸成品尺寸、孔的位置等存在一定的误差。加工好的单件碳纸逐个涂密封胶，然后依次将涂好胶的一面在较大尺寸膜电极上贴合摆放，然后对它们进行加压，常温固化。固化完成后，根据膜电极贴合的阴极碳纸的外轮廓尺寸进行手工裁切，分割成单个的阴极碳纸和膜电极的组合体，为后续制备单电池做准备。阴极碳纸与膜电极二合一的制备过程，中间步骤较多，需要控制的细节也较复杂，每一步都可能存在一定的误差，最终导致累积误差较大，影响燃料电池电堆组装时的定位准确性，增加气体流通过程中的阻力等，从而影响电池的性能。传统阴极二合一制备方法效率较低，批量的阴极碳纸与膜电极二合一一致性较差，这些因素将不利于后续步骤的实施和发挥电堆的最优性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池阴极扩散层和膜电极二合一高效制备方法，以解决传统阴极二合一制备方法效率较低，批量的阴极碳纸与膜电极二合一一致性较差的问题；通过合理的加工工序设计，提高工作效率，保证阴极碳纸和CCM制备的二合一保持高的一致性，有利于实现电堆组装的准确定位和提高电堆的性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种燃料电池阴极扩散层和膜电极二合一高效制备方法，包括以下步骤：

S1：制备阴极碳纸：在阴极碳纸上加工若干依次排列的进气孔；

S2：定位阴极碳纸：将阴极碳纸放至涂胶工装中进行定位；

S3：涂胶处理：对放置在涂胶工装中的阴极碳纸按照预定的轨迹进行涂胶；

S4：贴合处理：将与阴极碳纸尺寸对应的膜电极对中贴合在涂胶完成的阴极碳纸上，并施加压力保持一段时间，得到组合体半成品；

S5：取出半成品：将组合体半成品从涂胶工装中取出并翻面；

S6：安装密封圈：在组合体半成品背面的进气孔内安装密封圈，得到组合体成品；

S7：裁剪成品：对组合体成品进行裁剪，得到二合一单体。

进一步，所述涂胶工装的四边分别设有两组用于对阴极碳纸进行定位的定位凸起；所述涂胶工装上设有与涂胶机安装的安装孔。