[发明专利]一种燃料电池膜电极的制作工艺

说明书

本发明涉及一种燃料电池膜电极的制作工艺，包括以下步骤：S1、将质子交换膜卷材裁切成片材，置于恒温恒湿柜中2‑20h；S2、取出质子交换膜片材，通过超声波喷涂或刮刀刮涂在其一侧负载催化剂；S3、然后利用真空吸附平板烘箱烘干；S4、将得到的一侧负载有催化剂的质子交换膜片材再次置于恒温恒湿柜中2‑20h；S5、取出后在质子交换膜另一侧通过超声波喷涂或刮刀刮涂负载催化剂；S6、然后利用真空吸附平板烘箱烘干。与现有技术相比，本发明可防止在制作膜电极过程中吸收催化剂浆料中的大量水导致的溶胀，且操作简单，得到的膜电极性能稳定。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池膜电极的制作工艺。

背景技术

燃料电池是能将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能的能量转化装置，具有环境友好、能量密度高、室温下可快速启动和可靠性高等优点。燃料电池包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等。与其他种类的燃料电池相比，质子交换膜燃料电池工作温度相对较低，适合用作电动车载、便携式电源。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，决定着质子交换膜燃料电池的性能、寿命以及成本。膜电极包括催化剂层、扩散层和质子交换膜，为质子交换膜燃料电池的电化学反应提供了质子、电子、反应气体和水连续通道。

常规的制作膜电极技术方案，一种是采用分散配好以后的催化剂浆料用超声波喷涂，直接喷到质子交换膜上面。正极喷完后再喷阴极；还有另外一种制作技术，催化剂浆料配好以后，用刮刀，刮涂到质子交换膜的片材上面，也是正极刮涂完之后烘干后，再刮另外一面负极。这两种技术方案的缺点是因为在催化剂浆料里面含有大量的水，质子交换膜卷材裁剪成片材以后，直接用来超声波喷涂或者使用刮刀刮涂，在一定的温度条件下，比如在温度为80℃—120℃，在正常的室内湿度(50％相对湿度)下面进行超声波喷涂或者刮刀刮涂的工艺的时候，由于催化剂的浆料里面含有大量的水的作用，在超声波喷涂或刮刀刮涂后烘干就会使膜电极(CCM)由于水的作用产生溶胀导致变形。膜电极变形后，如果再进行下一步对膜电极边框贴合加工的情况下，就会产生很大的困扰和麻烦。

专利申请CN201911001264.8公开了一种膜电极的制备方法，包括以下操作：在质子交换膜的一侧涂布第一活性物质催化剂浆料，干燥，得到第一活性物质催化剂层；将质子交换膜涂覆有第一活性物质催化剂层的一面吸附于真空平台上，质子交换膜和真空平台之间还设置有多孔膜；在质子交换膜的相对一侧涂布第二活性物质催化剂浆料，干燥，得到第二活性物质催化剂层；在第一活性物质催化剂层和第二活性物质催化剂层的四周均贴合边框，并在第一活性物质催化剂层和第二活性物质催化剂层的表面覆盖碳纸。该方法主要利用真空作用在质子交换膜的两侧形成压差，在涂布第二活性物质催化剂浆料时，质子交换膜因溶胀产生的起皱会被大气压紧压在多孔膜上，质子交换膜不会鼓起，从而保证了工艺过程中被涂覆面的平整易涂，解决质子交换膜在涂布过程中因接触溶剂导致的溶胀问题，得到的膜电极表面平整、均匀度高且电化学性能优异，该专利技术主要是利用真空吸附的方式避免质子交换膜溶胀起皱，但是该方法操作复杂，对真空度的控制要求比较高，不同的质子交换膜采用的真空度不同，而且很容易由于受力不均导致质子交换膜破裂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、效率高的燃料电池膜电极的制作工艺，能更好地防止膜电极吸收催化剂的浆料里面含有大量的水而导致的溶胀技术缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池膜电极的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将质子交换膜卷材裁切成片材，置于恒温恒湿柜中2-20h；

S2、取出质子交换膜片材，通过超声波喷涂或刮刀刮涂在其一侧负载催化剂；

S3、然后利用真空吸附平板烘箱烘干；