大尺寸膜电极制备装置和膜电极制备方法与流程

本发明涉及膜电极制备，具体地，涉及一种大尺寸膜电极制备装置和一种基于该制备装置的膜电极制备方法。

背景技术：

1、氢能因其零碳排放、可再生等特点被视为理想能源。pem电解水制氢技术是一种“绿氢”的制备技术，该技术以质子交换膜作为固体电解质，以纯水作为反应物，并可以实现高纯度、清洁环保的氢气的制备。在pem电解池中，催化剂涂覆在质子交换膜两侧所制备的组件被称为膜电极，简称ccm，现有的大型制氢电解池多为非移动式应用场景，一般需要采购具有较大活性面积的膜电极。

2、目前，膜电极的膜电极制备方法有转印法、直涂法等，其中转印法因可使催化剂与质子交换膜紧密结合而备受关注，但是相关技术中的在pem电解水用大尺寸质子交换膜上完成催化层转印的过程中，存在热压平板精度差、加工成本高、转印制备的膜电极的褶皱较多、变形量较大等问题，从而限制了膜电极的制备效率和成功率。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明实施例提出一种大尺寸膜电极制备装置，该大尺寸膜电极制备装置能够加工精度高、改善了褶皱多和变形量大的问题，提升了膜电极制备的效率和良品率。

3、本发明实施例还提出一种基于上述大尺寸膜电极制备装置的膜电极制备方法。

4、本发明实施例的大尺寸膜电极制备装置具有制备状态并包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具包括第一环形部和第一加压部，所述第二夹具包括第二环形部和第二加压部；

5、在所述制备状态，所述第一环形部和所述第二环形部相对布置并将质子交换膜夹持在中间，所述第一加压部位于所述第一环形部内，所述第二加压部位于所述第二环形部内，所述第一加压部和所述第二加压部相对布置，且所述第一加压部用于将第一催化层热压固定于所述质子交换膜的一侧，所述第二加压部用于将第二催化层热压固定于所述质子交换膜的另一侧，且所述第一环形部的温度低于所述第一加压部的温度，所述第二环形部的温度低于所述第二加压部的温度。

6、本发明实施例的大尺寸膜电极制备装置能够加工精度高、改善了褶皱多和变形量大的问题，提升了膜电极制备的效率和良品率。

7、在一些实施例中，所述第一环形部和所述第一加压部分体设置，所述第一环形部内设有第一孔，在所述制备状态，至少部分所述第一加压部配合在所述第一孔内；

8、和/或，所述第二环形部和所述第二加压部分体设置，所述第二环形部内设有第二孔，在所述制备状态，至少部分所述第二加压部配合在所述第二孔内。

9、在一些实施例中，所述第一加压部用于朝向所述第二加压部的端部设有第一附着层，所述第一附着层可弹性变形并用于将所述第一催化层压合于所述质子交换膜；

10、和/或，所述第二加压部用于朝向所述第一加压部的端部设有第二附着层，所述第二附着层可弹性变形并用于将所述第二催化层压合于所述质子交换膜。

11、在一些实施例中，所述第一附着层和所述第二附着层的材质为硅胶或氟胶。

12、在一些实施例中，所述第一环形部内设有第一流道，所述第一流道用于供调温介质流通以实现所述第一环形部的温度调节；

13、和/或，所述第二环形部内设有第二流道，所述第二流道用于供调温介质流通以实现所述第二环形部的温度调节。

14、在一些实施例中，包括第一驱动，所述第一驱动与所述第一加压部相连并用于驱动所述第一加压部相对于所述第二加压部移动；

15、和/或，包括第二驱动，所述第二驱动与所述第二加压部相连并用于驱动所述第二加压部相对于所述第一加压部移动。

16、在一些实施例中，所述第一加压部内设有第一加热模块，所述第一加热模块用于加热所述第一加压部以实现对所述第一催化层的热压；

17、和/或，所述第二加压部内设有第二加热模块，所述第二加热模块用于加热所述第二加压部以实现对所述第二催化层的热压。

18、在一些实施例中，所述第一环形部和所述第二环形部的其中一者设有第一对位结构，其中另一者设有第二对位结构，所述第一环形部和所述第二环形部通过所述第一对位结构和所述第二对位结构实现对位校正。

19、在一些实施例中，所述第二环形部上设有预定位结构，所述预定位结构用于将所述质子交换膜预定位在所述第二环形部上。

20、本发明实施例的膜电极制备方法包括以下步骤：

21、裁取第一催化层，第二催化层和质子交换膜，其中所述第一催化层的面积小于所述第一加压部的端面，所述第二催化层的面积小于所述第二加压部的端面；

22、将所述质子交换膜预固定在所述第二加压部上，然后通过第一环形部和第二环形部将所述质子交换膜夹持固定；

23、将所述第一催化层置于所述质子交换膜朝向所述第一加压部的一侧，将所述第二催化层置于所述质子交换膜朝向所述第二加压部的一侧；

24、将所述第一加压部加热至第一温度，将所述第二加压部加热至第二温度，将所述第一环形部和所述第二环形部加热至第三温度，所述第一温度和所述第二温度均高于所述第三温度；

25、利用所述第一加压部将所述第一催化层热压固定于所述质子交换膜的一侧，利用所述第二加压部将所述第二催化层热压固定于所述质子交换膜的另一侧。

技术特征：

1.一种大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，具有制备状态并包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具包括第一环形部和第一加压部，所述第二夹具包括第二环形部和第二加压部；

2.根据权利要求1所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第一环形部和所述第一加压部分体设置，所述第一环形部内设有第一孔，在所述制备状态，至少部分所述第一加压部配合在所述第一孔内；

3.根据权利要求1所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第一加压部用于朝向所述第二加压部的端部设有第一附着层，所述第一附着层可弹性变形并用于将所述第一催化层压合于所述质子交换膜；

4.根据权利要求3所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第一附着层和所述第二附着层的材质为硅胶或氟胶。

5.根据权利要求1所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第一环形部内设有第一流道，所述第一流道用于供调温介质流通以实现所述第一环形部的温度调节；

6.根据权利要求1所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，包括第一驱动，所述第一驱动与所述第一加压部相连并用于驱动所述第一加压部相对于所述第二加压部移动；

7.根据权利要求1所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第一加压部内设有第一加热模块，所述第一加热模块用于加热所述第一加压部以实现对所述第一催化层的热压；

8.根据权利要求1所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第一环形部和所述第二环形部的其中一者设有第一对位结构，其中另一者设有第二对位结构，所述第一环形部和所述第二环形部通过所述第一对位结构和所述第二对位结构实现对位校正。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的大尺寸膜电极制备装置，其特征在于，所述第二环形部上设有预定位结构，所述预定位结构用于将所述质子交换膜预定位在所述第二环形部上。

10.一种基于上述权利要求1-9中任一项所述的大尺寸膜电极制备装置的膜电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种大尺寸膜电极制备装置和膜电极制备方法，制备装置具有制备状态并包括第一夹具和第二夹具，第一夹具包括第一环形部和第一加压部，第二夹具包括第二环形部和第二加压部；在制备状态，第一环形部和第二环形部将质子交换膜夹持在中间，第一加压部位于第一环形部内，第二加压部位于第二环形部内，第一加压部用于将第一催化层热压固定于质子交换膜的一侧，第二加压部用于将第二催化层热压固定于质子交换膜的另一侧，且第一环形部的温度低于第一加压部的温度，第二环形部的温度低于第二加压部的温度。本发明的制备装置的加工精度高、改善了褶皱多和变形量大的问题，提升了膜电极制备的效率和良品率。

技术研发人员：王宁,孙流莉,闫昊,梅武,赵宇峰
受保护的技术使用者：国家电投集团氢能科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12