[发明专利]一种膜电极的制备方法、膜电极及质子交换膜燃料电池

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及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。本发明能够有效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。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极的制备方法及膜电极。

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。

制备膜电极的方法除了传统的喷涂法、转印法，还包括直接涂布法，直接涂布法制备CCM型膜电极是将催化剂直接涂覆在质子交换膜的两侧，再将阴极气体扩散层和阳极气体扩散层热压在涂覆有催化剂的质子交换膜的两侧，即可制得膜电极。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。

使用直接涂布法制备膜电极时，一般先将阴极或阳极催化剂层涂覆在质子交换膜的一面，然而，催化剂浆料中的溶剂会导致质子交换膜溶胀起皱，在质子交换膜的另一面涂覆催化剂层时更加困难，导致制备的膜电极表面不平整、均匀度差，还会影响膜电极性能，降低了Pt贵金属催化剂的载量，提高了膜电极的成本。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种膜电极的制备方法，能够解决催化剂直接涂覆在质子交换膜的第二面困难的问题，并且制备过程简单，可工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种膜电极的制备方法，包括以下操作：

步骤一，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；

步骤二，将所述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，所述质子交换膜和所述真空平台之间还设置有多孔膜。

步骤三，在所述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。

步骤四，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。

作为本发明所述的膜电极的制备方法的一种改进，步骤二的具体操作为，在所述真空平台的表面附着所述多孔膜，所述真空平台连接抽真空装置，所述质子交换膜涂覆有第一活性物质催化剂层的一面面向所述多孔膜，开启抽真空装置，使所述质子交换膜涂覆有第一活性物质催化剂层的一面经所述多孔膜吸附于所述真空平台上。抽真空装置包括真空泵和/或压缩机。

作为本发明所述的膜电极的制备方法的一种改进，步骤三的具体操作为，所述真空平台与步骤一中干燥后的所述质子交换膜同步走带，在所述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。