[发明专利]PBI磷酸膜电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种PBI磷酸膜电极的制备方法，涉及膜电极相关技术领域，包括PBI浸渍磷酸膜的制备方法、GDE扩散层催化剂涂布方法、膜电极热压、粘合成型工艺和模具工装，其中PBI膜采用磷酸浸渍，GDE扩散层催化剂涂布采用异丙醇、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。本发明针对PBI磷酸膜电极的制备工艺方法不适应批量制备的问题，以及批量制备膜电极所必须的物理形貌和尺寸的均一性进行工艺改进。

技术领域

本发明涉及膜电极技术领域，特别涉及一种PBI磷酸膜电极的制备方法。

背景技术

膜电极是燃料电池的核心部件，是电化学反应的主要场所，由膜、电极、催化剂压合或粘接而成，其中，电解质膜是国际技术竞争的焦点，BPI基磷酸电解质膜的核心控制参数是PBI和液态磷酸的含量占比，同时，电化学反应通过电解质、催化剂、气态燃料的三相界面发生，因为磷酸作为液态电解质，膜的形貌更不可控，造成膜电极的批量制备工艺难以实现。

因此，发明一种PBI磷酸膜电极的制备方法来解决上述问题很有必要。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种PBI磷酸膜电极的制备方法，该膜电极的浆液制备及涂布方式适应大批量“卷对卷”生产方式，电极在热压工艺过程的平整度通过限位模具得以实现。高温PBI磷酸浸渍膜制备及其采用GDE热压成型的操作的工艺过程，解决了现有的制备方法不适应批量制备的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种PBI磷酸膜电极的制备方法，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，匹配膜电极的阳极催化剂和阴极催化剂载量，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，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；

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。

可选的，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％。

可选的，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。