本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池膜电极及其一体化的制造制备方法，以及和燃料电池。
背景技术：
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高，环境友好等特点，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。
膜电极是电化学反应发生的场所，在此燃料中的化学能直接转化为电能。通常，膜电极由阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层依次堆叠而形成。多层结构在堆叠形成膜电极过程中，阴极气体扩散层、阴极催化层、阳极催化层、阳极气体扩散层中心容易发生偏移，在电极边缘处形成偏差。该偏差会造成单个膜电极内部的催化剂有效利用率降低，影响膜电极的放电性能与稳定性。同时当多个膜电极与双极板堆叠形成电堆时，该偏差产生累积，容易造成电堆泄漏、电堆组装后气体扩散层被压入流道中造成堵塞、电堆内部各单池放电性能一致性降低等问题，最终导致电堆整体放电性能与稳定性降低。现有技术还没有针对这一问题提出明确的解决方案。
专利201210562855.4公开了一种膜电极压合模具及其操作方法。该专利存在电极工艺适用范围以及定位精度上存在不足，专利201210562855.4只适用于催化层涂覆于气体扩散层上的电极压合，不适用于催化层涂覆于质子交换膜上的电极压合，专利201210562855.4依靠质子交换膜外侧定位无法实现精确定位，这主要是由于质子交换膜会随着操作环境湿度的变化产生10％左右的形变。另外，定位软垫在多次热压过程中会产生形变造成定位不准。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的不足,目的在于提供一种燃料电池膜电极及其一体化制造方法，以及燃料电池，提高多层堆叠结构的膜电极各层间对齐一致性，降低边缘偏差，进而提高膜电极和电堆的放电性能与稳定性。本发明采用以下技术方案来实现:
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于底板与第一掩模板之间，第一掩模板上包括镂空的电极图案，将第一催化剂浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层；
(b)将底板与质子交换膜分离，于质子交换膜远离第一掩模板侧放置第二掩模板，第二掩模板上相对于第一催化层位置设有镂空的电极图案，将第二催化剂浆液涂覆于第二掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第二催化层；
(c)在第一催化层和第二催化层表面分别放置气体扩散层，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
所述的燃料电池膜电极及其一体化制造方法，其中所述(c)中气体扩散层经过憎水化、靠近催化层侧的微孔层涂覆、靠近催化层侧的催化层涂覆中的任意一种或两种以上方法处理。
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于底板与第一掩模板之间，第一掩模板上包括镂空的电极图案，将第一催化剂浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层；
(b)将底板与质子交换膜分离，于质子交换膜远离第一掩模板侧放置第二掩模板，第二掩模板上相对于第一催化层位置设有镂空的电极图案；
(c)在第一催化层表面放置气体扩散层，在第二掩模板电极图案镂空处放置一侧表面涂覆好催化层的气体扩散层，催化层面向质子交换膜放置，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于第一掩模板与第二掩模板之间，第一掩模板和第二掩模板上分别设有相对应的镂空的电极图案，第一掩模板与第二掩模板镂空处的电极图案于质子交换膜二侧对称；
(b)在第一掩模板和第二掩模板电极图案镂空处分别放置一侧表面涂覆好催化层的气体扩散层，催化层面向质子交换膜放置，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
所述底板、第一电极图案掩模板和第二电极图案掩模板可以为刚性板和柔性板中的任意一种。
所述的燃料电池膜电极及其一体化制造方法，所述(c)采用热压或超声焊接压合至一起。
一种燃料电池，所述燃料电池膜电极使用权利要求1-6所述的方法制备形成。
应用例1
一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于底板与第一掩模板之间，第一掩模板上包括镂空的电极图案，将第一催化剂浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层；
(b)将底板与质子交换膜分离，于质子交换膜远离第一掩模板侧放置第二掩模板，第二掩模板上相对于第一催化层位置设有镂空的电极图案，将第二催化剂浆液涂覆于第二掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第二催化层；
(c)在第一催化层和第二催化层表面分别放置气体扩散层，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
根据该制造方法，膜电极上的阴极催化层，阳极催化层、阴极气体扩散层、阳极气体扩散层与质子交换膜之间的相对位置由掩模板上电极镂空处确定，可以保证多层膜电极各功能层之间的位置准确。同时在将浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层时，质子交换膜由第一掩模板与底板固定，可以减缓质子交换膜在涂覆过程中的体积变化。提高各功能层之间的位置精度度。
应用例2
如应用例1所述的燃料电池膜电极及其一体化制造方法，其特征在于：其中所述(c)中气体扩散层经过憎水化、靠近催化层侧的微孔层涂覆、靠近催化层侧的催化层涂覆中的任意一种或两种以上方法处理。。
根据该制造方法，当气体扩散层经催化层涂覆处理时，可以通过调节催化层负载量，涂覆方法等形成梯次结构催化层结构，这有利于改善催化层、质子交换膜和气体扩散层两两之间界面的相容性，避免质子交换膜倍气体扩散层刺穿，同时形成的梯次结构有利于电极内部反应物与生成物管理。
应用例3
一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于底板与第一掩模板之间，第一掩模板上包括镂空的电极图案，将第一催化剂浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层；
(b)将底板与质子交换膜分离，于质子交换膜远离第一掩模板侧放置第二掩模板，第二掩模板上相对于第一催化层位置设有镂空的电极图案；
(c)在第一催化层表面放置气体扩散层，在第二掩模板电极图案镂空处放置一侧表面涂覆好催化层的气体扩散层，催化层面向质子交换膜放置，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
根据该制造方法，可以形成膜电极的复合制造方法，即一种电极催化层使用催化剂涂覆膜的方法，一种电极采用催化层涂覆气体扩散层的方法制备。两种方法复合有利于提高生产效率。
应用例4
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于第一掩模板与第二掩模板之间，第一掩模板和第二掩模板上分别设有相对应的镂空的电极图案，第一掩模板与第二掩模板镂空处的电极图案于质子交换膜二侧对称；
(b)在第一掩模板和第二掩模板电极图案镂空处分别放置一侧表面涂覆好催化层的气体扩散层，催化层面向质子交换膜放置，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
根据该制造方法，可以形成双面催化层涂覆气体扩散层的方法制备膜电极，该方法特别适用于电解质膜不宜操作的电极，例如磷酸浸渍的聚苯并咪唑质子交换膜，容易受空气中的水蒸气影响造成电导率与稳定性降低，同时浸渍磷酸后难以通过催化剂涂覆膜的方法形成催化层。
应用例5
如应用例1-4任意一项所述的燃料电池膜电极的制备方法，其中所述底板、第一电极图案掩模板和第二电极图案掩模板可以为刚性板和柔性板中的任意一种。
根据该制造方法，当电极图案掩模板为柔性板时，可以显著提高膜电极的生产效率。
应用例6
如应用例1-5中任意一项所述的燃料电池膜电极及其一体化制造方法，其中所述(c)采用热压或超声焊接压合至一起。
根据该制造方法，当电极采用超声压合法制备时，可以缩短压合时间，提高生产效率。
应用例7
一种燃料电池，其具备膜电极，所述膜电极使用权利要求1-6所述的方法制备形成。
根据该制造方法制造的燃料电池由于膜电极各层结构间的位置精确度提高，可以有效的提高电堆内电极的一致性，进而提高燃料电池的性能与稳定性。
附图说明
图1实施例1工序(a)示意图；
图2实施例1工序(b)示意图；
图3实施例1工序(c)示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)如图1所示，将质子交换膜置于底板与第一掩模板之间，第一掩模板上包括镂空的电极图案，将第一催化剂浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层；
(b)如图2所示，将底板与质子交换膜分离，于质子交换膜远离第一掩模板侧放置第二掩模板，第二掩模板上相对于第一催化层位置设有镂空的电极图案，将第二催化剂浆液涂覆于第二掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第二催化层；
(c)如图3所示，在第一催化层和第二催化层表面分别放置气体扩散层，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。
对比实施例1
采用传统方法，各电极之间不采用模板定位，先在质子交换膜表面涂覆第一催化层，然后将质子交换膜翻转在相应位置涂覆第二催化层，随后将气体扩散层放置于催化层两侧热压形成膜电极。
实施例1和对比实施1相比较，当取样样本数为100时，实施例1中的各层偏差均小于0.5mm，对比实施例1中的平均偏差为1.2mm。
实施例2
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于底板与第一掩模板之间，第一掩模板上包括镂空的电极图案，将第一催化剂浆液涂覆于第一掩模板上的电极图案镂空处，烘干后形成第一催化层；
(b)将底板与质子交换膜分离，于质子交换膜远离第一掩模板侧放置第二掩模板，第二掩模板上相对于第一催化层位置设有镂空的电极图案；
(c)在第一催化层表面放置气体扩散层，在第二掩模板电极图案镂空处放置一侧表面涂覆好催化层的气体扩散层，催化层面向质子交换膜放置，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。实施例3
一种燃料电池膜电极的制备方法，具备以下工序：
(a)将质子交换膜置于第一掩模板与第二掩模板之间，第一掩模板和第二掩模板上分别设有相对应的镂空的电极图案，第一掩模板与第二掩模板镂空处的电极图案于质子交换膜二侧对称；
(b)在第一掩模板和第二掩模板电极图案镂空处分别放置一侧表面涂覆好催化层的气体扩散层，催化层面向质子交换膜放置，将气体扩散层与催化层形成的多层结构压合在一起。