[发明专利]一种氢燃料电池膜电极的制备方法及氢燃料电池膜电极

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池膜电极的制备方法，将第一活性物质催化剂粉末和第一添加剂粉末混合后均匀平铺在质子交换膜的一面，均匀喷淋第一溶液，干燥固化；重复若干次；将第二活性物质催化剂粉末和第二添加剂粉末混合后均匀平铺在质子交换膜的相对一面，均匀喷淋第二溶液，干燥固化；重复若干次；在催化剂层的四周均贴合边框，并在催化剂层的表面覆盖碳纸，得到氢燃料电池膜电极。本发明可以按不同的需求来调整每一次所铺的粉末和喷洒的溶液的成分与比例，以达到不同的涂层设计效果，使得远离质子交换膜的催化剂层也能具有较高的离子电导率，提高了氢燃料电池膜电极的放电性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池膜电极的制备方法及氢燃料电池膜电极。

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。

制备膜电极的方法中包括直接涂布法，直接涂布法制备CCM型膜电极是将阴极催化剂和阳极催化剂直接涂覆在质子交换膜的两侧，即可制得三层膜电极。采用直接涂布方法制备的膜电极，自动化程度高，效率高，制造成本低，可满足生产扩大化生产。目前在直接涂布法中催化剂的涂覆多采用挤压式涂覆、喷涂、凹版印刷式涂覆等工艺，这些工艺制成的催化剂涂层均为单一涂层。

氢燃料电池是质子交换膜燃料电池中的一种，在氢燃料电池反应时，同时存在着电子导通和离子导通的效应，催化剂涂层采用单一涂层时，催化剂厚度方向上远离质子交换膜部分的离子电导率的急剧减小会显著影响氢燃料电池的性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种氢燃料电池膜电极的制备方法，在厚度方向上实现氢燃料电池离子电导率的优化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种氢燃料电池膜电极的制备方法，包括以下操作：

步骤一，将第一活性物质催化剂粉末和第一添加剂粉末混合后均匀平铺在质子交换膜的一面，均匀喷淋第一溶液，干燥固化；

步骤二，重复步骤一若干次，得到第一活性物质催化剂层；

步骤三，将第二活性物质催化剂粉末和第二添加剂粉末混合后均匀平铺在所述质子交换膜的相对一面，均匀喷淋第二溶液，干燥固化；

步骤四，重复步骤三若干次，得到第二活性物质催化剂层；

步骤五，在所述第一活性物质催化剂层和所述第二活性物质催化剂层的四周均贴合边框，并在所述第一活性物质催化剂层和所述第二活性物质催化剂层的表面覆盖碳纸，得到氢燃料电池膜电极；

其中，在步骤二的重复步骤一操作中，所述第一活性物质催化剂粉末、所述第一添加剂粉末、所述第一溶液的成分和配比与步骤一不同；在步骤四重复步骤三的操作中，所述第二活性物质催化剂粉末、所述第二添加剂粉末、所述第二溶液的成分和配比与步骤三不同。

作为本发明所述的氢燃料电池膜电极的制备方法的一种改进，所述第一活性物质催化剂粉末包括铂、铂/碳和合金中的至少一种；所述第二活性物质催化剂粉末包括铂、铂/碳和合金中的至少一种。