專利名稱：一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及專利號HOl基本電氣元件HOlM用于直接轉變化學能為電能的方法或裝置，例如電池組H01M8/00燃料電池；及其制造H01M8/02零部件。
背景技術：
電極是燃料電池的關鍵部件，是影響燃料電池性能的重要因素。為了提高燃料電池性能，降低作為燃料電池催化劑的貴金屬鉬的用量，研究人員研究了各種電極結構。目前常用的是催化劑涂膜膜電極(CCM)結構，即將催化層做在質子交換膜上，使催化層與氣體擴散膜(GDL)分離。由于催化劑涂膜膜電極是將催化層與質子交換膜緊密相連，且催化層中不含疏水物質，催化層可做得很薄，較低鉬載量就可以具有較高的放電性能。為了追求催化劑和質子交換膜之間的接觸良好，增強電極導電性能，提出了在多孔聚四氟乙烯薄膜的表面復合催化劑配制成的電極漿料涂膜，干燥后涂覆一層質子交換樹脂溶液于催化層一面形成質子交換膜，干燥后在質子交換膜表面再涂覆一層電極漿料，形成膜電極胚體，干燥后將膜電極胚體進行熱處理等操作制得膜電極。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制的一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，具有如下步驟Si.提供一有機多孔膜作為電極支撐體；S2.催化劑作為電極漿料，將其涂覆在增強基體的兩面，形成上下兩個催化層；S3.在所述兩個催化層中的一個或兩個催化層的表面涂覆一層質子交換樹脂溶液，干燥形成質子交換膜；S4.在質子交換膜的表面涂覆一層電極漿料，待其干燥后，形成膜電極胚體；S5.對電極胚體加熱，在其兩面壓制兩個保護框，制備過程結束。步驟S2中電極漿料涂覆的方法為網印、噴涂或涂刷，在噴涂過程中同時，采用加熱臺對電極漿料進行加熱干燥，加熱溫度為80 180°C，。質子交換樹脂溶液由全氟磺酸樹脂溶液、高沸點溶劑、低沸點醇類和去離子水制備而成。步驟S3中，在涂覆質子交換樹脂溶液的同時，對質子交換樹脂溶液加熱干燥。S5對所述電極胚體進行加熱的溫度為140 320°C。由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提供的機一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極及其制備方法，具有如下優(yōu)點1.膜電極的結構形態(tài)穩(wěn)定。同催化劑直接做到質子膜上的電極相比，有機多孔膜不會像質子膜那樣因遇到溶劑而迅速溶脹；2.催化劑和質子交換膜之間接觸良好，導電性強。制備好的電極中間是一張有機多孔膜，催化劑顆粒分布在膜的孔中，這樣既有利于催化劑物料均勻分布，又有利于電化學反應的完成；3.本發(fā)明的技術具有工藝簡單，操作簡便，可重復性強等優(yōu)點，可連續(xù)生產。


為了更清楚的說明本發(fā)明的實施例或現(xiàn)有技術的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明燃料電池膜電極的制備步驟流程2為本發(fā)明方法制的膜電極結構示意中.1.上保護框、2.上催化層、3.多孔膜、4.下催化層I、5.質子交換層、6.下催化層II、7.下保護框。
具體實施例方式為使本發(fā)明的實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖1本發(fā)明的制備方法流程圖所示一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，具有如下步驟通常選用的多孔膜，采用的材質為多孔聚四氟乙烯薄膜，其孔隙率在50% 90% 之間，厚度的可選擇范圍在1-20 μ m之間均可，優(yōu)選的，選用5 μ m的多孔膜，在制備電極之前，進行一定的清洗處理，裁剪呈一定尺寸，浸泡在乙醇溶液中充分溶脹，半小時后將多孔膜繃在固定框上備用。將含全氟磺酸樹脂(如Nafion)溶液和含Pt/C質量分數(shù)70 %的催化劑按 Nafion 催化劑=1 3的比率混合，并加入一定量的異丙醇，按催化劑異丙醇= 1 100的比例添加，經超聲攪拌和高速分散后使各組分物料均勻分散形成電極漿料；將繃緊多孔膜的鋼框夾持在熱臺上，按照陰極陽極各0. 2mg/cm2催化劑用量在多孔膜有效面積兩側噴涂一層催化層；在已經干燥的催化層一面噴涂全氟磺酸樹脂(如Nafion)溶液，干燥后形成約 20 μ m厚的質子交換層；按照0. 2mg/cm2的催化劑用量，在干燥后的質子交換層表面再次噴涂電極漿料形成膜電極胚體；將膜電極胚體在140°C的烘箱中熱處理池；將擴散層和保護框放在膜電極的兩側于160°C、0. 7MPa的條件下預壓lmin、熱壓 lmin，制備MEA，即膜電極。如圖2所示即為安裝本發(fā)明所述方法制的的膜電極，從電極的上表面開始，依次具有上保護框1、上催化層2、多孔膜3、下催化層4、質子交換層5、下催化層116和下保護框7。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，其特征在于具有如下步驟51.提供一有機多孔膜作為電極支撐體；52.催化劑作為電極漿料，將其涂覆在電極支撐體的兩面，形成上下兩個催化層；53.在所述兩個催化層中的一個或兩個催化層的表面涂覆膜質子交換樹脂溶液，干燥形成質子交換膜；54.在質子交換膜的表面涂覆一層電極漿料，干燥形成膜電極胚體；55.對電極胚體加熱，在其兩面壓制兩個保護框，制備過程結束。
2.根據權利要求1所述的一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，其特征還在于所述步驟S2中電極漿料涂覆的方法為網印、噴涂或涂刷，在噴涂過程中同時，采用加熱臺對電極漿料進行加熱干燥，加熱溫度為80 180°C。
3.根據權利要求1所述的一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，其特征還在于所述質子交換樹脂溶液由全氟磺酸樹脂溶液、高沸點溶劑、低沸點醇類和去離子水制備而成。
4.根據權利要求1或3所述的一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，其特征還在于所述步驟S3中，在涂覆質子交換樹脂溶液的同時，對質子交換樹脂溶液加熱干O
5.根據權利要求1所述的一種增強型質子交換膜燃料電池膜電極制備方法，其特征還在于S5對所述電極胚體進行加熱的溫度為140 320°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種質子交換膜燃料電池(PEMFC)膜電極(MEA)制備方法，其特征在于使用多孔薄膜作為增強基體，將催化劑配制成電極漿料，電極漿料涂覆于增強基體兩面形成催化膜，干燥后涂覆一層質子交換樹脂溶液于催化膜一面形成質子交換膜，在質子交換膜干燥后于其表面再涂覆一層電極漿料，形成膜電極胚體，將膜電極胚體進行高溫處理等操作制得膜電極。本方法制得的膜電極具有以下特點膜電極的結構形態(tài)穩(wěn)定，催化劑和質子交換膜之間接觸良好，導電性強，制備方法簡便。
文檔編號H01M4/88GK102522570SQ20111045349
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者侯中軍, 宋書范, 張玉海, 邢丹敏 申請人:新源動力股份有限公司