[发明专利]一种离聚物梯度化膜电极及其制备方法、制备系统

权利要求书

1.一种离聚物梯度化膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.浆料制备：将不同比例的催化剂、离聚物树脂溶液、低沸点溶剂和去离子水在混合容器中分别混合以制成不同比例的浆料，充分混合后将第一种比例的浆料和第二种比例的浆料分别加入到第一浆料控制单元（1）和第二浆料控制单元（2）中；

S2.浆料混合：利用第一浆料控制单元（1）和第二浆料控制单元（2），按照计算好的比例分别向混合单元（3）中加入第一种比例的浆料和第二种比例的浆料，并在混合单元（3）的作用下进行混合加强，以分别制成含有不同比例催化剂的喷料；

S3.喷涂工艺：采用三次喷涂的方式直接将含有不同比例催化剂的喷料喷涂至质子交换膜上，从而制得离聚物梯度化膜电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述第一浆料控制单元（1）中离聚物固体质量与催化剂碳组分质量的比为0.1-1：1；所述第二浆料控制单元（2）中离聚物固体质量与催化剂碳组分质量的比为1-2：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中通过控制第一浆料控制单元（1）和第二浆料控制单元（2）中对应的阀门开度调控离聚物的含量。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中第一次喷涂采用离聚物含量高的浆料，所述离聚物固体质量与催化剂碳组分质量的比在1-1.5：1之间，所述喷涂催化剂质量占总催化剂质量的10%-30%；第二次喷涂采用离聚物含量适中的浆料，所述离聚物固体质量与催化剂碳组分质量的比在0.7-1：1之间，所喷涂催化剂质量占总催化剂质量的20%-50%，第三次喷涂采用离聚物含量较低的浆料，所述离聚物固体质量与催化剂碳组分质量的比在0.4-0.7：1之间，所喷涂催化剂质量占总催化剂质量的20%-70%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低沸点溶剂选自异丙醇、正丙醇中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为碳载铂基金属催化剂。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离聚物为可传导质子的树脂溶液。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述可传导质子的树脂溶液为全氟磺酸树脂溶液。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的离聚物梯度化膜电极，其特征在于，上表面为气体扩散层，下表面为质子交换膜；内层包括催化剂和离聚物的混合物，所述离聚物含量呈梯度设置，从质子交换膜到外层所包含的离聚物含量的比例为（10-15）：（5-10）：（2-7）。

10.一种如权利要求1所述的制备方法采用的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括混合容器、第一浆料控制单元（1）、第二浆料控制单元（2）、混合单元（3）和喷涂装置（4）；

所述混合容器用于分别对不同比例的催化剂、离聚物树脂溶液、低沸点溶剂和去离子水进行混合以制成不同比例的浆料；

所述第一浆料控制单元（1）用于接收所述混合容器混合后的第一种比例的浆料，所述第二浆料控制单元（2）用于接收所述混合容器混合后的第二种比例的浆料；

混合单元（3）连通于所述第一浆料控制单元（1）和所述第二浆料控制单元（2），用于将第一种比例的浆料和第二种比例的浆料进行混合，以制成含有不同比例催化剂的喷料；

喷涂装置（4）连通于所述混合单元（3），用于将所述混合单元（3）混合得到的含有不同比例催化剂的喷料分别喷涂到质子交换膜的对应部分上，以制得离聚物梯度化膜电极。