[发明专利]一种膜燃料电池的干法膜电极制备方法

说明书

本发明公开了一种膜燃料电池的干法膜电极制备方法，包括：S1、将Nafion膜溶液、高分子聚合物和混合溶剂按照比例混合，采用静电纺丝技术，得到nafion纤维；S2、将可溶性粉末、nafion纤维和催化剂粉末混合均匀；S3、将S2中得到的混合物分散至质子交换膜表面，在热压或静电粉末喷涂后，将干法膜电极中可溶性粉末去除，以形成孔隙，得到干法膜电极。通过将静电纺丝制备的纤维与催化剂粉末混合，并直接分散至膜或者气体扩散层上制备膜电极，纤维起到粘结催化剂作用，避免溶剂易导致膜的溶胀和膜发生损伤的问题，生产过程简单，成本更低，催化剂活性更高，膜电极性能更好。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜燃料电池的干法膜电极制备方法。

背景技术

燃料电池膜电极提供了反应三相界面，是膜燃料电池关键部位。现有技术中的电极极片膜的加工工艺按照是否使用溶剂可以分为湿法工艺及干法工艺。

现有湿法工艺需要碳载催化剂加入溶剂（一般为醇类）、粘结剂等配制墨水后，通过蒸发溶剂固化催化剂使在膜上或者气体扩散层上。该方法需要溶剂，在配制墨水过程中容易使催化剂中毒，在制备膜电极过程中，溶剂易导致膜的溶胀，也会使膜发生损伤。另外，加入溶剂又蒸发溶剂导致生产时间更长且生成本增加。

而现有的干法工艺中将活性材料、导电材料、粘结剂等组成混合粉料，挤出压延形成连续的自支撑干涂层，将该涂层与集流体压合以形成电极极片。但是为了厚度薄和表面粘结性的极片膜，采用增大压实密度的方式，导致极片膜发脆而且孔隙小，催化活性降低。

因此，有必要对现有技术中的干法膜电极制备进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种膜燃料电池的干法膜电极制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种膜燃料电池的干法膜电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将Nafion膜溶液、高分子聚合物和混合溶剂按照比例混合，采用静电纺丝技术，得到nafion纤维；

S2、将可溶性粉末、nafion纤维和催化剂粉末混合均匀；

S3、将S2中得到的混合物分散至质子交换膜表面，在热压或静电粉末喷涂后，将干法膜电极中可溶性粉末去除，以形成孔隙，得到干法膜电极。

本发明一个较佳实施例中，Nafion膜溶液、高分子聚合物和混合溶剂的质量比为4～10：0.5～1.5：1。

本发明一个较佳实施例中，纳米纤维与催化剂粉末的质量比为1：0.5～5。

本发明一个较佳实施例中，nafion纤维直径为10nm～1um。

本发明一个较佳实施例中，可溶性粉末与催化剂粉末的质量比为0.1～1：1。

本发明一个较佳实施例中，所述高分子聚合物采用以下物质中的一种或多种组合构成：聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、全氟磺酸树脂、聚砜。

本发明一个较佳实施例中，催化剂粉末为碳基纳米铂、碳基纳米铂钴合金、铁基粉末催化剂。

本发明一个较佳实施例中，所述混合溶剂采用以下物质中的一种或多种组合构成：N，N- 二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

本发明提供了一种膜燃料电池的干法膜电极，通过干法工艺制备燃料电池膜电极，通过将静电纺丝制备的纤维与催化剂粉末混合，并直接分散至膜或者气体扩散层上制备膜电极，纤维起到粘结催化剂作用，无需配制墨水并蒸发溶剂，避免溶剂易导致膜的溶胀和膜发生损伤的问题，整个生产过程简单，成本更低，催化剂活性更高，膜电极性能更好。干法制备的膜电极无溶剂、降低溶剂对催化剂的毒化作用，降低生产成本，易于膜电极批量化生产。