本申請涉及動(dòng)力電池，特別是涉及一種質(zhì)子交換膜電極的制備方法及質(zhì)子交換膜電極。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜燃料電池是一種以氫氣和氧氣為燃料的、高效的且環(huán)境友好的發(fā)電裝置，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)式充電設(shè)備、固定式發(fā)電站以及燃料電池車等領(lǐng)域。目前，燃料電池朝著商業(yè)化，成熟度更高的方向迅猛發(fā)展。

2、作為燃料電池的核心組件，質(zhì)子交換膜電極由質(zhì)子交換膜、陰極催化劑和陽極催化劑以及碳紙氣體擴(kuò)散層組成。但是在傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜電極的制備方法中，對于質(zhì)子交換膜的表面形貌破壞較大，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子交換膜的平整性較差，同時(shí)還可能引起催化層結(jié)構(gòu)的改變，造成催化層與質(zhì)子交換膜之間的界面電阻增大，導(dǎo)致催化層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)改變，影響催化層的催化效果，從而可以進(jìn)一步影響質(zhì)子交換膜電極的發(fā)電性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請實(shí)施例提供的一種質(zhì)子交換膜電極的制備方法及質(zhì)子交換膜電極，可以提高質(zhì)子交換膜的平整性，改善催化層的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，從而可以增強(qiáng)質(zhì)子交換膜和催化層的發(fā)電性能，進(jìn)一步提高質(zhì)子交換膜電極的發(fā)電效果。

2、本申請實(shí)施例的第一方面，提供一種質(zhì)子交換膜電極的制備方法，包括：

3、提供第一氣體擴(kuò)散層和第二氣體擴(kuò)散層；

4、于所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布第一催化劑材料，形成第一催化劑層；

5、于所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布離聚物溶液，形成質(zhì)子交換膜層；

6、于所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置第二催化劑材料，形成第二催化劑層；

7、于所述第二催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置所述第二氣體擴(kuò)散層。

8、在一些實(shí)施方式中，所述于所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布第一催化劑材料，形成第一催化劑層，包括：

9、通過狹縫涂布工藝將所述第一催化劑材料涂布至所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)；

10、通過梯度化溫度干燥工藝對所述第一催化劑材料進(jìn)行干燥，得到所述第一催化劑層。

11、在一些實(shí)施方式中，所述通過狹縫涂布工藝將所述第一催化劑材料涂布至所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)，包括：

12、通過狹縫涂布工藝進(jìn)行至少兩次所述第一催化劑材料的涂布，其中，至少兩次狹縫涂布工藝的涂布參數(shù)不同，所述涂布參數(shù)包括涂布速度、狹縫寬度、加熱溫度和等待時(shí)間中的至少一者。

13、在一些實(shí)施方式中，所述于所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布離聚物溶液，形成質(zhì)子交換膜層，包括：

14、通過超聲噴涂工藝將所述離聚物溶液噴涂至所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)。

15、在一些實(shí)施方式中，所述通過超聲噴涂工藝將所述離聚物溶液噴涂至所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)，包括：

16、通過超聲噴涂工藝進(jìn)行至少兩次所述離聚物溶液的噴涂，其中，至少兩次超聲噴涂工藝的噴涂參數(shù)不同，所述噴涂參數(shù)包括噴涂速度、加熱溫度和噴涂量中的至少一者。

17、在一些實(shí)施方式中，所述于所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置第二催化劑材料，形成第二催化劑層，包括：

18、通過噴涂工藝將所述第二催化劑材料噴涂至所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)。

19、在一些實(shí)施方式中，所述通過噴涂工藝將所述第二催化劑材料噴涂至所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)，包括：

20、于所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一層形成阻擋層，其中，所述阻擋層位于所述質(zhì)子交換膜層的邊緣區(qū)域；

21、通過噴涂工藝將第二催化劑材料噴涂至所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)；

22、去除所述阻擋層，其中，所述第二催化劑層朝向所述第一氣體擴(kuò)散層的正投影的尺寸小于所述質(zhì)子交換膜層朝向所述第一氣體擴(kuò)散層的正投影的尺寸。

23、在一些實(shí)施方式中，所述于所述第二催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置所述第二氣體擴(kuò)散層，包括：

24、通過熱壓工藝將所述第二氣體擴(kuò)散層設(shè)置于所述第二催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)。

25、本申請實(shí)施例的第二方面，提供一種質(zhì)子交換膜電極，包括：

26、通過上述第一方面中任一種所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法制備得到的。

27、在一些實(shí)施方式中，所述第一催化劑層包括陰極催化材料，所述第二催化劑層包括陽極催化材料。

28、本申請實(shí)施例提供的一種質(zhì)子交換膜電極的制備方法及質(zhì)子交換膜電極，通過將第一催化劑材料涂布于第一氣體擴(kuò)散層表面形成第一催化劑層，可以使得第一催化劑材料與第一氣體擴(kuò)散層之間的微孔層滲透深度可調(diào)節(jié)，從而可以增加第一催化劑層與第一氣體擴(kuò)散層之間的界面匹配性提高，同時(shí)可以使得第一氣體擴(kuò)散層中的氣體更快到達(dá)第一催化劑層，通過將離聚物溶液涂布于第一催化劑層遠(yuǎn)離第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)形成質(zhì)子交換膜層，可以根據(jù)第一催化劑層表面的形貌和孔隙結(jié)構(gòu)，形成相互作用強(qiáng)的界面結(jié)構(gòu)，可以避免發(fā)電過程中產(chǎn)生的水對于界面結(jié)構(gòu)的破壞，減少第一催化劑層與質(zhì)子交換膜層的剝離風(fēng)險(xiǎn)，可以便于調(diào)節(jié)質(zhì)子交換膜層的厚度，便于降低歐姆阻抗，還可以降低界面電阻，提高質(zhì)子交換膜電極的發(fā)電效率，通過將第二催化劑材料噴涂于質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)形成第二催化劑層，可以進(jìn)一步降低第二催化劑層與質(zhì)子交換膜層之間的界面電阻，進(jìn)而可以增強(qiáng)質(zhì)子交換膜層與催化劑層的發(fā)電性能，提高質(zhì)子交換膜電極的發(fā)電效果。此外，本申請?zhí)峁┑馁|(zhì)子交換膜電極的制備方法還可以降低質(zhì)子交換膜電極的制備難度，節(jié)約質(zhì)子交換膜電極的制備成本，適用于質(zhì)子交換膜電極的批量化制備。

技術(shù)特征：

1.一種質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述于所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布第一催化劑材料，形成第一催化劑層，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述通過狹縫涂布工藝將所述第一催化劑材料涂布至所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述于所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布離聚物溶液，形成質(zhì)子交換膜層，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述通過超聲噴涂工藝將所述離聚物溶液噴涂至所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述于所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置第二催化劑材料，形成第二催化劑層，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述通過噴涂工藝將所述第二催化劑材料噴涂至所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜電極的制備方法，其特征在于，所述于所述第二催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置所述第二氣體擴(kuò)散層，包括：

9.一種質(zhì)子交換膜電極，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)子交換膜電極，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本申請實(shí)施例提供的一種質(zhì)子交換膜電極的制備方法及質(zhì)子交換膜電極，涉及動(dòng)力電池技術(shù)領(lǐng)域，可以提高質(zhì)子交換膜的平整性，改善催化層的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，從而可以增強(qiáng)質(zhì)子交換膜和催化層的發(fā)電性能，進(jìn)一步提高質(zhì)子交換膜電極的發(fā)電效果。該質(zhì)子交換膜電極的制備方法，包括：提供第一氣體擴(kuò)散層和第二氣體擴(kuò)散層；于所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布第一催化劑材料，形成第一催化劑層；于所述第一催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)涂布離聚物溶液，形成質(zhì)子交換膜層；于所述質(zhì)子交換膜層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置第二催化劑材料，形成第二催化劑層；于所述第二催化劑層遠(yuǎn)離所述第一氣體擴(kuò)散層的一側(cè)設(shè)置所述第二氣體擴(kuò)散層。

技術(shù)研發(fā)人員：宮雪,王丹,劉芳兵,王超,李丹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國第一汽車股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30