，混合后超声搅拌30分钟，然后乳化机13000r/min下乳化30分钟，粘度值保持在30-55mPa.s，密封，10°C下保存；
[0085]二、丝网印刷工艺制备转印贴花，1.调整好丝网印刷设备，将具有6*6cm2有效丝网尺寸的网框固定好，调好网框表面的水平度，丝网采用不锈钢网，网目为:200目；2.将6*6cm2转印介质聚四氟乙烯薄膜放置于印刷平台的真空吸台上，调整转印介质跟丝网的有效面积相一致，即丝网的有效面积和转印介质相重叠；3.将网框下放到印刷平台上，接着将电催化剂浆液I滴于有效丝网面积一边的刮刀前端，将刮刀下放到网框表面，将电催化剂浆液I在丝网表面刷4次；4.刷完4次后，称重、干燥；5.重复步骤3和4，即可获得所需担载量的催化剂层I，阳极贵金属载量为0.2±0.01mg/cm2,阴极贵金属载量为
0.4±0.01mg/cm2;6.将刷涂完毕的转印贴花放于烘箱中80°C干燥12小时，即可用于制备催化剂涂层膜。
[0086]三、将上述制备好的转印贴花取出(阳极贵金属载量0.2±0.01mg/cm2，阴极贵金属载量0.4±0.0 lmg/cm2)，然后将转印贴花与质子交换膜的中心位置对齐，用镜面板夹住，送入热压机进行热压，热压条件为压力190kg/cm2，温度135°C，热压时间5min，保存备用。
[0087]对比例2:超声喷涂工艺制备催化剂涂层膜
[0088]超声喷涂工艺制备催化剂涂层膜包括以下步骤:
[0089]—、制备电催化剂浆液，称取60% Pt/C催化剂，依次加入催化剂稳定剂水、稀释剂乙醇与异丙醇(1:1)的混合溶剂、粘结剂5%离子交换树脂溶液，助溶剂二甲基亚砜，以上五种成分的质量比为I '2:34:6.6:0.5，固含量保持在3%，其中离子交换树脂占电催化剂浆液干重的25 %，混合后超声搅拌30分钟，然后乳化机13000r/min下乳化30分钟，粘度值保持在5-10mPa.s，密封，10°C下保存；
[0090]二、喷涂形成催化剂涂层膜，将上述配置好的电催化剂浆液装入喷涂仪的进样器中，打开操作程序，将膜铺在喷涂区域，夹具固定好，保持80°C (低于膜的玻璃化转变温度970C )，打开真空泵，真空度在0.35atm之间，进行喷涂，每次喷涂的载量为0.lmg/cm2，所以阳极喷涂两遍，阴极喷涂四遍即可，保存备用。
[0091]将实施例1、对比例I和对比例2中制备的催化剂涂层膜组装成电池进行测试对比:
[0092]将实施例1、对比例I和对比例2制备好的催化剂涂层膜进行封边，然后连同扩散层一起组装电池，取有效面积为5*5cm2，测试条件:氢气为0.04Mpa，氧气化学计量比为7.2，电池温度50 °C，阴极加湿温度25 °C。
[0093]如图4所示，采用三种不同的膜电极制备工艺制备的膜电极做对比实验，其中:对比例I和对比例2中的膜电极制备方案在以往文献中都已经涉及到，此处拿来与本发明提出的膜电极制备方法制备的膜电极实施例做以对比。
[0094]分析说明:从图4中的曲线结果可看出，对比例I采用丝网印工艺制备的膜电极性能相对较差，因为质子交换膜相对较干，传质极化严重，但是开路电压比对比例2中采用超声喷涂工艺制备的膜电极高，实施例1中采用本发明提供的方法制备的膜电极的性能和对比例2中米用超声喷涂工艺制备的膜电极，在800mA/cm2下基本相同，但是实施例1中米用本发明提供的方法制备的膜电极的开路电压高于其它两种方法制备的膜电极，这对于膜电极寿命的提高有很大的帮助，从现有结果看，有效的增长了膜电极的使用寿命。
[0095]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，将丝网印刷工艺和超声喷涂工艺两种膜电极的制备工艺相结合，首先采用丝网印刷工艺将电催化剂浆液I转印到质子交换膜上，形成薄层电极；再采用超声喷涂工艺将电催化剂浆液II直接喷涂到薄层电极上，形成催化剂涂层膜，再将催化剂涂层膜进行封边，然后将与催化层等面积的商用的扩散层放在催化层两侧，制成具有梯度式网络结构催化层的膜电极； 所述丝网印刷工艺是采用丝网印刷机将预先配制的含有催化剂的电催化剂浆液I丝网印刷到转印介质上，制备成转印贴花，再将转印贴花上由电催化剂浆液I形成的催化剂层I通过热压机热压方式转印到质子交换膜上，撕掉转印介质，形成薄层电极，薄层电极的厚度为3?10 μπι; 所述超声喷涂工艺是采用超声喷涂仪直接喷涂，将薄层电极铺在真空吸盘上，再将预先配制的电催化剂浆液II直接喷涂到薄层电极上，在薄层电极上形成催化剂层II，形成催化剂涂层膜CCM。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述电催化剂浆液I的配制方法是:将催化剂、稳定剂、稀释剂、增稠剂、粘结剂、助溶剂按照质量比为1:2?5:4?15:0.5?2:10?30:0.5?2混合，控制固含量在6.5?7.5%之间，动力粘度值为30mPa.s?55mPa.s，其中粘结剂中的离子交换树脂占电催化剂浆液I干重的35?60%，然后使用超声振荡及剪切乳化使浆液混合均匀。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述热压机热压的参数为温度115°C?140°C、压力130kg/cm2?200kg/cm2、热压时间为30s?5min04.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述转印介质为聚四氟乙烯薄膜、铝箔、聚酰亚胺薄膜中的任意一种。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述电催化剂浆液II的配制方法是:将催化剂、稳定剂、稀释剂、粘结剂、助溶剂按照质量比为1:2?5:20?40:2.2?6.6:0.5?2混合；控制固含量在2?3.5%之间，动力粘度值为5mPa.s?15mPa.s，其中粘结剂中离子交换树脂占电催化剂浆液II干重的10?25%之间，然后使用超声振荡及剪切乳化使浆液混合均。6.根据权利要求2或5所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述电催化剂浆液I中的粘结剂含量高于电催化剂浆液II。7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，在直接喷涂时，温度保持为60°C?95°C，真空度为0.1atm?0.5atm。8.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述梯度式网络结构是由离子交换树脂与催化剂层I和催化剂层II所构成的三维网络结构，自质子交换膜由内而外设置的催化剂层I和催化剂层II呈梯度式网络结构。9.根据权利要求8所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述梯度式网格结构是催化剂层I到催化剂层II的电化学比表面积依次增大，表观特征是孔隙率由催化剂层I到催化剂层II依次增大；催化剂层I的催化剂和粘结剂形成的颗粒比催化剂层II形成的颗粒密集度高。10.一种质子交换膜燃料电池膜电极，包括质子交换膜，其特征在于:所述质子交换膜的两侧均设置有催化剂层I，所述催化剂层I外侧均设置有催化剂层II。
【专利摘要】本发明公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，采用丝网印刷工艺和超声喷涂工艺两种膜电极的制备工艺，将电催化剂浆液Ⅰ采用丝网印刷工艺，电催化剂浆液Ⅱ采用超声喷涂工艺先后直接或间接的担载在质子交换膜上，由此所制备的膜电极具有梯度式网络结构的催化剂层；本发明利用不同电催化剂浆液中粘结剂含量的不同制备出高性能、长寿命、多层次、梯度式网络结构的膜电极；由于薄层电极中催化层致密的结构和超声喷涂疏松的三维网络结构，导致前者界面电阻率低于后者，而在确保催化层有效面积时引用薄层电极面积大于喷涂面积，由此组装电池时双极板与薄层电极接触的部分可以更好的帮助电子传导。
【IPC分类】H01M4/88
【公开号】CN104979567
【申请号】CN201510346313
【发明人】王刚, 姚颖方, 刘建国, 杨小贞, 黄林, 陈佳, 吴聪萍, 邹志刚
【申请人】南京大学昆山创新研究院, 昆山桑莱特新能源科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月19日