[发明专利]一种3D结构一体化膜电极制备方法

摘要

本发明属于氢燃料电池和SPE水电解技术领域，特别涉及一种具有3D结构能够与多种集电结构匹配的高性能膜电极的制备技术。具体为利用狭缝模头挤出式涂布技术制备无膜结构的CCM的方法。该过程通过狭缝挤出涂布依次构建膜电极的三层(阴极催化层、膜和阳极催化层)结构，经过连续流延、依次层叠，涂布形成三维空间膜电极(3D‑MEA)，这是一种可扩展的、基于流延涂层技术的三维膜电极(3D‑MEA)的制造方法。该工艺优化了膜电极三相界面结构，降低了不同界面的界面电阻；避免了使用价格昂贵的隔膜，且使得膜电极性能有数量级的提升；此外，制备工艺简单，成本低廉，同时缩短了制备时间，利于大规模制备。

主权项

1.一种3D结构一体化膜电极制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)阳极催化层制备：将催化剂、去离子水、Nafion溶液、溶剂以及成型添加剂配置催化层浆料，然后涂覆在分离基底层上并干燥成型，形成阳极催化层；2)支撑边框添加：在步骤1)所得催化层边缘放置第一层边框，边框内尺寸与电化学装置的活性区域相一致；3)直接膜沉积电解质膜层制备：将Nafion高分子溶液涂覆在步骤2)所得物上并干燥成型，形成电解质膜层，电解质膜层覆盖整个催化层和边框；4)阴极催化层制备：将催化剂、去离子水、Nafion溶液、溶剂以及成型添加剂配置催化层浆料，然后涂覆在步骤3)所得电解质膜层上，并控制在边框内，干燥成型，形成对电极催化层；5)支撑边框添加：在步骤4)所得催化层边缘放置第二层边框，边框内尺寸与电化学装置的活性区域相一致；所述第二层边框与第一层边框相对称，形成多层立体结构的膜电极；6)膜电极热压成型：将步骤5)所得多层立体结构膜电极在一定温度和压力下热压成型，形成有支撑边框的3D膜电极；7)去除基底层:将基底层剥离，形成支撑框支撑的多层立体结构膜电极。