专利名称：一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法
技术领域：
本发明涉及专利号HOl基本电气元件HOlM用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组H01M8/00燃料电池；及其制造H01M8/02零部件。
背景技术：
电极是燃料电池的关键部件，是影响燃料电池性能的重要因素。为了提高燃料电池性能，降低作为燃料电池催化剂的贵金属钼的用量，研究人员研究了各种电极结构。目前常用的是催化剂涂膜膜电极(CCM)结构，即将催化层做在质子交换膜上，使催化层与气体扩散膜(GDL)分离。由于催化剂涂膜膜电极是将催化层与质子交换膜紧密相连，且催化层中不含疏水物质，催化层可做得很薄，较低钼载量就可以具有较高的放电性能。为了追求催化剂和质子交换膜之间的接触良好，增强电极导电性能，提出了在多孔聚四氟乙烯薄膜的表面复合催化剂配制成的电极浆料涂膜，干燥后涂覆一层质子交换树脂溶液于催化层一面形成质子交换膜，干燥后在质子交换膜表面再涂覆一层电极浆料，形成膜电极胚体，干燥后将膜电极胚体进行热处理等操作制得膜电极。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制的一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，具有如下步骤Si.提供一有机多孔膜作为电极支撑体；S2.催化剂作为电极浆料，将其涂覆在增强基体的两面，形成上下两个催化层；S3.在所述两个催化层中的一个或两个催化层的表面涂覆一层质子交换树脂溶液，干燥形成质子交换膜；S4.在质子交换膜的表面涂覆一层电极浆料，待其干燥后，形成膜电极胚体；S5.对电极胚体加热，在其两面压制两个保护框，制备过程结束。步骤S2中电极浆料涂覆的方法为网印、喷涂或涂刷，在喷涂过程中同时，采用加热台对电极浆料进行加热干燥，加热温度为80 180°C，。质子交换树脂溶液由全氟磺酸树脂溶液、高沸点溶剂、低沸点醇类和去离子水制备而成。步骤S3中，在涂覆质子交换树脂溶液的同时，对质子交换树脂溶液加热干燥。S5对所述电极胚体进行加热的温度为140 320°C。由于采用了上述技术方案，本发明提供的机一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，具有如下优点1.膜电极的结构形态稳定。同催化剂直接做到质子膜上的电极相比，有机多孔膜不会像质子膜那样因遇到溶剂而迅速溶胀；2.催化剂和质子交换膜之间接触良好，导电性强。制备好的电极中间是一张有机多孔膜，催化剂颗粒分布在膜的孔中，这样既有利于催化剂物料均勻分布，又有利于电化学反应的完成；3.本发明的技术具有工艺简单，操作简便，可重复性强等优点，可连续生产。
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明燃料电池膜电极的制备步骤流程2为本发明方法制的膜电极结构示意中.1.上保护框、2.上催化层、3.多孔膜、4.下催化层I、5.质子交换层、6.下催化层II、7.下保护框。
具体实施例方式为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。如图1本发明的制备方法流程图所示一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，具有如下步骤通常选用的多孔膜，采用的材质为多孔聚四氟乙烯薄膜，其孔隙率在50% 90% 之间，厚度的可选择范围在1-20 μ m之间均可，优选的，选用5 μ m的多孔膜，在制备电极之前，进行一定的清洗处理，裁剪呈一定尺寸，浸泡在乙醇溶液中充分溶胀，半小时后将多孔膜绷在固定框上备用。将含全氟磺酸树脂(如Nafion)溶液和含Pt/C质量分数70 %的催化剂按 Nafion 催化剂=1 3的比率混合，并加入一定量的异丙醇，按催化剂异丙醇= 1 100的比例添加，经超声搅拌和高速分散后使各组分物料均勻分散形成电极浆料；将绷紧多孔膜的钢框夹持在热台上，按照阴极阳极各0. 2mg/cm2催化剂用量在多孔膜有效面积两侧喷涂一层催化层；在已经干燥的催化层一面喷涂全氟磺酸树脂(如Nafion)溶液，干燥后形成约 20 μ m厚的质子交换层；按照0. 2mg/cm2的催化剂用量，在干燥后的质子交换层表面再次喷涂电极浆料形成膜电极胚体；将膜电极胚体在140°C的烘箱中热处理池；将扩散层和保护框放在膜电极的两侧于160°C、0. 7MPa的条件下预压lmin、热压 lmin，制备MEA，即膜电极。如图2所示即为安装本发明所述方法制的的膜电极，从电极的上表面开始，依次具有上保护框1、上催化层2、多孔膜3、下催化层4、质子交换层5、下催化层116和下保护框7。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，其特征在于具有如下步骤51.提供一有机多孔膜作为电极支撑体；52.催化剂作为电极浆料，将其涂覆在电极支撑体的两面，形成上下两个催化层；53.在所述两个催化层中的一个或两个催化层的表面涂覆膜质子交换树脂溶液，干燥形成质子交换膜；54.在质子交换膜的表面涂覆一层电极浆料，干燥形成膜电极胚体；55.对电极胚体加热，在其两面压制两个保护框，制备过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，其特征还在于所述步骤S2中电极浆料涂覆的方法为网印、喷涂或涂刷，在喷涂过程中同时，采用加热台对电极浆料进行加热干燥，加热温度为80 180°C。
3.根据权利要求1所述的一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，其特征还在于所述质子交换树脂溶液由全氟磺酸树脂溶液、高沸点溶剂、低沸点醇类和去离子水制备而成。
4.根据权利要求1或3所述的一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，其特征还在于所述步骤S3中，在涂覆质子交换树脂溶液的同时，对质子交换树脂溶液加热干O
5.根据权利要求1所述的一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法，其特征还在于S5对所述电极胚体进行加热的温度为140 320°C。
全文摘要
本发明公开了一种质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极(MEA)制备方法，其特征在于使用多孔薄膜作为增强基体，将催化剂配制成电极浆料，电极浆料涂覆于增强基体两面形成催化膜，干燥后涂覆一层质子交换树脂溶液于催化膜一面形成质子交换膜，在质子交换膜干燥后于其表面再涂覆一层电极浆料，形成膜电极胚体，将膜电极胚体进行高温处理等操作制得膜电极。本方法制得的膜电极具有以下特点膜电极的结构形态稳定，催化剂和质子交换膜之间接触良好，导电性强，制备方法简便。
文档编号H01M4/88GK102522570SQ20111045349
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者侯中军, 宋书范, 张玉海, 邢丹敏 申请人:新源动力股份有限公司