[发明专利]一种燃料电池高均匀性CCM连续涂布工艺

说明书

本发明公开了一种燃料电池CCM制备工艺，首先分别制备阳极低浓度催化剂浆料和阴极高浓度催化剂浆料，低浓度催化剂浆料首先涂布于质子交换膜的A面，并烘干后制成CCM的阳极侧，再将高浓度催化剂浆料涂布于质子交换膜的B面，并烘干后作为其阴极侧，最终制成阴阳极可区分的CCM；其中，针对低浓度催化剂浆料的烘干方式为先进入烘道使其处于凝胶态后再进行热压；针对高浓度催化剂浆料的烘干方式为隧道烘干；可以区分CCM阴阳极同时，相对改善CCM涂层的均匀性，以提高合格率，减少浪费现象。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池高均匀性CCM连续涂布工艺。

背景技术

燃料电池CCM是燃料电池重要组件之一，主要工艺是在质子交换膜上涂覆催化剂浆料，烘干后形成CCM，在现有CCM制备工艺中，其表面均匀性一直是本领域重点研发技术之一，同时针对CCM阴阳极，本领域中，大多通过担量的高低来区分阴阳极，即担量高的为阴极侧，担量低的为阳极侧，但是在CCM的制备工艺中，担量的高低把控难度较大，由于要求CCM两侧的浆料担量不同，所以浆料在出料时需要针对出料量、涂布速度、涂布次数等参数进行严格的调控，机械设备对于微量的调节度不敏感，所以往往需要进行无数次的实验调控来得到适合的制备工艺，从而获得表面均一的CCM。

另一方面，在CCM制备过程中，催化剂浆料本身具有一定的流动性，其被涂覆至质子交换膜上后，在膜的不断传送过程中，会出现微观上的流动现象，此时将会影响涂层表面的均匀性；为了减少浆料的流动，在制备催化剂浆料时，可以提高浆料的浓度，但是浓度较大的浆料，由于其本身流动性较差且表面张力较大，所以浆料搅拌后依旧存在较多颗粒物，并且再结合浆料在质子膜表面黏附力弱的问题，所以导致最终CCM表面出现颗粒物、针孔、瑕疵等均匀性问题，直接影响CCM合格率。

现有技术中为解决上述问题，大多采用制备薄层涂层的CCM或者采用多次涂覆工艺并结合CCD检测设备来提高CCM合格率，但是薄层涂层不符合实际性能要求，多次涂覆的方式虽然可以改善均匀性问题，但是每次涂覆时的膜溶胀、催化层裂纹等问题也是现有领域的技术难题，并且后续采用CCD检测只能提高最终成品的合格率，而不能缩减失败率，最终也会造成一定程度的浪费现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池CCM制备工艺，其优点在于，可以区分CCM阴阳极同时，相对改善CCM涂层的均匀性，以提高合格率，减少浪费现象。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种燃料电池CCM制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、制备阳极低浓度催化剂浆料和阴极高浓度催化剂浆料：

阳极低浓度催化剂浆料：将催化剂、粘结剂及分散剂混合，分散，采用真空消泡工艺制备低浓度催化剂浆料，低浓度催化剂浆料各组分质量比为催化剂∶粘结剂∶分散剂为1∶5-10∶80-100；

阴极高浓度催化剂浆料：将催化剂、粘结剂、增稠剂及分散剂混合，分散，采用真空消泡工艺制备高浓度催化剂浆料，高浓度催化剂浆料各组分质量比为催化剂∶分散剂∶增稠剂∶分散剂为1∶5-10∶2-6∶30-50；

步骤二、采用卷对卷涂布设备将阳极低浓度催化剂浆料、阴极高浓度催化剂浆料分别置于其阳极供料系统、阴极供料系统中，所述阴极供料系统包括浆料缓冲区；沿传送方向，阳极低浓度催化剂浆料首先涂布于质子交换膜的A面，并烘干后制成CCM的阳极侧，再将阴极高浓度催化剂浆料经过浆料缓冲区碾磨后，涂布于质子交换膜的B面，并烘干后作为其阴极侧，最终制成阴阳极可区分的CCM；

其中，针对低浓度催化剂浆料的烘干方式为先进入烘道使其处于凝胶态后再进行热压，所述凝胶态是溶剂含量为1-50wt％的状态。

本发明进一步设置为：所述阴极高浓度催化剂浆料和阳极低浓度催化剂浆料中的催化剂均为40-70％的Pt/C催化剂。