[发明专利]一种燃料电池膜电极制备工艺及连续化产线

说明书

本发明公开一种燃料电池膜电极制备工艺及连续化产线，制备工艺为：在保护基膜上涂布一层铸膜液，并加热成为凝胶态再与微孔膜进行复合，之后再涂布铸膜液，并再加热成为凝胶态后涂布催化剂浆料，得到CCM；连续化产线包括传送辊机构，沿传送辊机构的传送方向依次设置基膜放卷辊机构、铸膜液涂布模头A、烘道一、微孔膜复合辊传送机构、铸膜液涂布模头B、烘道二、复压辊机构、缺陷检测机构一、催化剂涂布模头、烘道三、厚度检测机构、缺陷检测机构二等；本发明将复合膜制备及CCM制备产线一体化，解决催化层连续化涂布过程中引起的膜溶胀等问题，还可以解决质子交换复合膜连续涂布制备工艺中的针孔、浸渍不完全等缺陷。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池膜电极制备工艺及连续化产线，属于燃料电池膜电极领域。

背景技术

燃料电池是一种高效、环保的能量转换装置，在汽车运输、分布式发电等多个领域具有广泛的应用前景。膜电极作为燃料电池的核心部件，其性能和产量直接决定了燃料电池电堆及系统的性能和产量，膜电极制备所需的质子交换膜高昂的价格同样制约着燃料电池的快速发展。目前，燃料电池技术已经迎来了商业化大规模生产的市场导入期，迫切需求一种可以满足质子交换膜批量化生产以及催化剂连续化涂布的装置及工艺技术。

膜电极(MEA)制备工艺的发展经过了诸多验证，根据制备过程中催化剂层支撑基体的不同，常将膜电极的制备方法分为催化剂制备到基体上(CCS)和催化剂制备到膜上法(CCM)两种。在目前，普遍采用的方法是将催化剂浆料通过气体引流的方式直接喷涂于质子交换膜上形成催化剂直涂膜组件，这种方法的最大缺点是喷涂速度慢，造成加工周期较长。另一种更适于量产的方法是将催化剂浆料直接涂布于气体扩散层或者转印膜上，通过热压转印至质子交换膜上的方法形成CCM。但该工艺增加了转印步骤，操作复杂、繁琐。显然，将催化剂浆料直接涂布于质子交换膜上，将大大简化制作流程，提高生产效率。现有工艺中，将催化剂浆料直接涂布于质子交换膜上，通常有以下方式：先制备复合膜收卷备用后再制备CCM，或者直接购买成品膜来制备CCM，这两种方式均存在液相催化剂浆料与固相膜之间接触存在一定“隔阂”现象，例如静电等，从而导致最终CCM出现裂纹、脱落以及针孔的表现。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池膜电极制备工艺及连续化产线，一方面解决质子交换复合膜连续涂布制备工艺中的针孔、浸渍不完全等缺陷，并且解决催化层连续化涂布过程中引起的膜溶胀等问题；另一方面，解决了目前工艺技术中质子交换复合膜和CCM单独制备的工艺问题，本发明专利将复合膜制备及CCM制备产线一体化，实现了自动化、标准化、批量化生产。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一方面，本发明提供了一种燃料电池CCM的制备工艺，所述工艺包括如下步骤：

(1)将铸膜液涂布于保护基膜上，加热后得到呈半粘流态的第一涂层；所述半粘流态的溶剂含量为20-50wt％；

(2)将微孔膜辊压复合于第一涂层上，形成复合层；

(3)将所述铸膜液涂布于复合层上，经过加热后呈附着于复合层上的凝胶态，所述凝胶态的溶剂含量为1-20wt％；

(4)对凝胶态的复合层进行二次辊压处理，得到呈凝胶态的复合膜，所述凝胶态的溶剂含量与步骤(3)相同；

(5)在呈凝胶态的复合膜的一侧涂布催化剂浆料，干燥后形成具有单侧催化剂层的CCM；

(6)与步骤(1)-(5)同步进行，得到另一个具有单侧催化剂层的CCM；

(7)剥离两个具有单侧催化剂层CCM的保护基膜，将二者的复合膜进行贴合，经过复合热压，烘干后得到所述CCM。