[发明专利]氢燃料电池膜电极催化剂涂层转印方法及系统

说明书

本申请涉及氢燃料电池膜电极生产技术领域，提供了一种氢燃料电池膜电极催化剂涂层转印方法及系统，包括利用一对层压辊的间歇性转印动作，将底膜的第一目标段的一部分催化剂涂层转印在质子交换膜上，使第一目标段的另一部分催化剂涂层保留在底膜上形成间隔分布的多个待印区；利用牵引装置牵引质子交换膜移动，使质子交换膜的第二留白段被底膜的第一目标段夹持；利用一对层压辊将第一目标段的待印区的部分或全部催化剂涂层转印在质子交换膜的第二留白段上，使第二留白段上形成间隔分布的多个转印区，完成一个转印周期。本发明提高了催化剂涂层的利用率和良品率，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于氢燃料电池膜电极生产技术领域，具体涉及氢燃料电池膜电极催化剂涂层转印方法及系统。

背景技术

燃料电池是一种直接将燃料中的化学能转换成电能的能量转换装置，又称为电化学发生器，它是继水力发电、风力发电和原子能发电之后的第四种清洁发电技术，其中，又以氢气为直接燃料的燃料电池技术最为成熟。相比于内燃机系统受到卡诺循环效应的限制，燃油热效率存在不可突破的瓶颈(最高50％)，而燃料电池则是通过阴阳极独立的电化学反应将燃料中的吉布斯自由能部分转化为电能，转换效率最高可达86％。此外，燃料电池作为燃料进行化学反应的场所在输出电能的过程中没有机械传动部件，且氢燃料电池的运行温度低于100℃，排放物只有水，因而没有噪声污染，也不会排放有害物，符合保护生态环境和节能减排的发展理念，也符合国家实现碳中和的发展目标。

氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应，其具体反应过程为：以阳极反应为例，通过给阳极通入氢气，氢气通过气体扩散层到达催化剂表面，在催化活性物金属铂的作用下氢气分子的氢氢键断裂并释放出电子，电子经外部负载电路到达阴极，而氢原子核(质子)则透过质子交换膜到达阴极与氧原子结合生成水。在整个氢燃料电池系统中，膜电极作为核心部件和电化学反应发生的场所，其性能的好坏直接决定了燃料电池的性能，从阳极侧到阴极侧，其具体结构排布为：气体扩散层—阳极催化剂层—质子交换膜—阴极催化剂层—气体扩散层。考虑到质子交换膜结构强度较差，阴阳极的催化剂层(也称催化剂涂层)并不是直接布置到质子交换膜上的，而是先间隔或连续涂布在临时过渡的底膜上，再通过转印工序将底膜上的催化剂层转印至质子交换膜上。为了保证膜电极的性能，阴阳极催化剂层的边界线需要在质子膜两侧对齐。其中，催化剂层的间隔涂布工序中产生的间隔误差会在催化剂双面连续转印过程中逐渐累积，造成阴阳极催化剂层错位，进而导致双面连续转印的自动化生产过程困难重重。而催化剂层的连续涂布工序虽然不存在间隔误差，但将连续涂布的催化剂层转印至质子膜上时，需要间隔转印，以形成相间隔的转印区，但这种间隔转印方式会造成催化剂层的浪费，其中，催化剂中含有金属铂和铱，价格昂贵，导致生产成本提高。

因此，急需开发出一种能实现膜电极催化剂层精准双面转印的工艺方法，来实现膜电极自动化生产的同时避免催化剂层的浪费。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种氢燃料电池膜电极催化剂涂层转印方法及系统。

第一方面，本发明提出一种氢燃料电池膜电极催化剂涂层转印方法，包括：

步骤1、以夹持质子交换膜的方式配置一对涂布有催化剂涂层的底膜，并在所述底膜的外侧配置一对层压辊；

步骤2、利用所述一对层压辊的间歇性转印动作，将所述底膜的第一目标段的一部分催化剂涂层转印在所述质子交换膜上，使质子交换膜的被第一目标段夹持的第一留白段上形成间隔分布的多个转印区，使第一目标段的另一部分催化剂涂层保留在底膜上形成间隔分布的多个待印区；

步骤3、利用牵引装置牵引所述质子交换膜移动，使所述质子交换膜的第二留白段被所述底膜的第一目标段夹持；

步骤4、利用所述一对层压辊将所述第一目标段的待印区的部分或全部催化剂涂层转印在所述质子交换膜的第二留白段上，使所述第二留白段上形成间隔分布的多个转印区，完成一个转印周期。