[发明专利]PBI磷酸膜电极的制备方法

权利要求书

1.一种PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：PBI膜采用磷酸浸渍，一定比例的焦磷酸和水复配，PBI膜浸入酸缸，酸缸置入鼓风烘箱或其他恒温环境；

B：将步骤A产生的膜从酸缸中取出置入吸水纸，擦拭干净表面的余酸，采用重量控制浸酸量偏差，从而调节膜中酸含量及批量产品的酸含量的分布宽度；

C：膜电极采用GDE结构，通过催化剂层在扩散层碳纸、碳布或碳毡上的涂敷，并调整催化剂浆液中催化剂的含量，匹配膜电极的阳极催化剂和阴极催化剂载量，同时，调节阳极催化剂和阴极催化剂的分布宽度；

D：催化剂浆液的配制和涂敷方法，采用异丙醇、乙二醇、水等作为溶剂，对催化剂贵金属颗粒进行分散，催化剂浆液配制过程中还添加使用分散助剂，或者表面活性剂，进行催化剂浆液的粘度调节，适应模口挤出的粘度和均匀性要求，以及催化剂的分散性要求，配制涂布催化剂浆液的步骤还可以包括添加PTFE乳液或其他聚合物成分，作为催化层内催化剂颗粒微观反应界面控制的方法；

E：扩散层边缘与膜电极保护框之间施胶以确保两者在后续热压步骤时牢固粘接；

F：依次将带胶的上扩散层、上保护框、磷酸浸渍PBI隔膜、下保护框、带胶的下扩散层叠放进入热压模具，采用MEA高温热压合，使得上扩散层、上保护框、磷酸浸渍PBI隔膜、下保护框、下扩散层五者合一；

G：使用带有遮光层的真空密封袋对步骤F的得到的膜电极产品进行包装，抽真空密封保存。

2.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：步骤A中焦磷酸和水的比例为1：5到1：6之间，酸缸中采用恒温设置，温度在200-300℃，时间是酸含量的函数，通过浸泡时间，控制浸酸量的大小，膜的酸含量为自身PBI膜的干重的100-300％。

3.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：步骤B中通过采用称重的方式来控制浸酸量偏差，在基膜尺寸一致的情况下，浸酸膜的重量偏差±0.5g之内。

4.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：步骤C中在采用GDE结构匹配膜电极的阳极催化剂和阴极催化剂载量时，阳极采用PtNi或PtRu催化剂，阴极采用40％-60％Pt载量碳载铂催化剂，其中催化层的担载量，0.3-6mg/cm²，同时阳极催化剂和阴极催化剂载量的分布偏差≤±0.5mg/cm²。

5.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：步骤D中所述的一种分散助剂，或者表面活性剂，进行催化剂浆液的粘度调节，适应模口挤出的粘度和均匀性要求，以及催化剂的分散性要求，对涂布催化剂浆液的关键参数调节；助剂或表面活性剂投入的量为浆液总质量的0.1-3％。

6.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：通过额外施加胶水对步骤E中的扩散层进行粘接，胶水的材料是PVDF、PFA、PTFE、FKM、氟硅胶中的一种或几种的组合，其中FKM需溶解在溶剂中，溶剂是乙酸乙酯、丁酮、丙酮、环己酮、乙酸丁酯、异丙醇、乙二醇、甘油中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：步骤F中要调节MEA的压合温度、压合压力和保温、保压的时间，其中压合压力为0.0625-0.625MPa之间，压合温度为室温至90℃之间，保压的时间为1-120秒，维持恒压、恒温时间，步骤F中所述的采用MEA高温热压合，使得扩散层、电解质膜三者合一，其特征涉及一种热压的定位模具，模具具有上下两片压板，压板至于热压机中升温，温度90-200℃；上下压板中间采用“硬限位”结构，预留膜电极设计压缩厚度的空穴，限制膜电极的压缩尺寸并保证电极热压的平整度。

8.根据权利要求1所述的PBI磷酸膜电极的制备方法，其特征在于：步骤G中的真空密封袋采用铝塑膜真空袋，其中铝塑膜真空袋中的内衬采用PE、PP、PTFE或PVC材质。