一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜的制作方法

本技术属于燃料电池全氟磺酸质子交换膜，具体涉及一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜。

背景技术：

1、目前电动车领域成为燃料电池应用的主要方向，市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。另外，透过小型化的技术将燃料电池运用于一般消费型电子产品也是应用发展方向之一，在技术的进步下，未来小型化的燃料电池将可用以取代现有的锂电池或镍氢电池等高价值产品，作为用于笔记本电脑、无线电电话、录像机、照相机等携带型电子产品的电源。近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。在所有燃料电池中，碱性燃料电池(afc)发展速度最快，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水；质子交换膜燃料电池(pemfc)已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用；磷酸燃料电池(pafc)作为中型电源应用进入了商业化阶段，是民用燃料电池的首选；熔融碳酸盐型燃料电池(mcfc)也已完成工业试验阶段；起步较晚的固态氧化物燃料电池(sofc)作为发电领域最有应用前景的燃料电池，是未来大规模清洁发电站的优选对象。

2、燃料电池是将化学能转化为电能的在线发电装置，由于突破了传统内燃机的效率限制，燃料电池发动机被认为是未来最重要的汽车动力装置发展的方向。而燃料电池单体内部最重要的部件就是膜电极(mea)。mea(membrane electrode assembly)又译为膜电极，它是燃料电池发电的关键核心部件，膜电极与其两侧的双极板组成了燃料电池的基本单元—燃料电池单电池，在实际应用当中可以根据设计的需要将多个单电池组合成为燃料电池电堆以满足不同大小功率输出的需要，全氟磺酸树脂质子交换膜是一种固体聚合物电解质，可以在强酸、强碱、强氧化剂等介质苛刻条件下使用，广泛应用在氯碱工业，水电解工业和电化学合成等领域；这种膜具有优良的化学稳定性和电池性能，其最大的缺点是在脱水后容易变得很脆，这就是严重影响它在燃料电池中的应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，具有成本高，效率低，耗时间且防止在脱水后容易变得很脆的特点。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，包括阳极板，所述阳极板的一侧固定连接有阳极扩散层，所述阳极扩散层的一侧固定连接有阳极催化剂，所述阳极催化剂的一侧固定安装有质子交换膜本体，所述质子交换膜本体的一侧固定连接有阴极催化剂，所述阴极催化剂的一侧固定连接有阴极扩散层，所述阴极扩散层的一侧固定连接有阴极板。

3、作为本实用新型的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜优选技术方案，所述阳极板和阴极板的尺寸相适配且两者的尺寸均设置为0.8mm。

4、作为本实用新型的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜优选技术方案，所述阳极板发生的反应为h2＝2h++2e，所述阳极扩散层发生的反应为o2+4h++4e＝2h2o。

5、作为本实用新型的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜优选技术方案，所述阳极扩散层和阴极扩散层的尺寸相适配且均设置为0.4mm。

6、作为本实用新型的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜优选技术方案，所述阳极催化剂把阳极扩散层和质子交换膜本体之间相连接且连接处无间隙，所述阴极扩散层把阴极催化剂和阴极板之间相连接且连接处无间隙。

7、作为本实用新型的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜优选技术方案，所述质子交换膜本体与阴极扩散层的尺寸相适配，所述质子交换膜本体的左侧与多个阳极催化剂相连，质子交换膜本体的右侧与多个阴极催化剂相连，且质子交换膜本体和阴极催化剂和阳极催化剂之间无间隙。

8、作为本实用新型的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜优选技术方案，所述阳极板的右侧与阳极扩散层的左侧相连，阳极扩散层的右侧与阳极催化剂的外表面左侧相连，且阳极板和阳极扩散层和阳极催化剂之间无间隙。

9、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

10、1、本实用新型在使用时，能够最大限度减小气体的传输阻力，使得反应气体顺利由扩散层到达催化层发生电化学反应，即最大限度发挥单位面积和单位质量的催化剂的反应活性。因此，气体扩散电极必须具备适当的疏水性，一方面保证反应气体能够顺利经过最短的通道到达催化剂，另一方面确保生成的产物水能够润湿膜，同时多余的水可以排出防止阻塞气体通道。

11、2、本实用新型在使用时，形成良好的离子通道，降低离子传输的阻力。质子交换膜燃料电池采用的是固体电解质，磺酸根固定在离子交换膜树脂上，不会浸入电极内，因此必须确保反应在电极催化层内建立质子通道。

12、3、本实用新型在使用时，形成良好的电子通道，膜电极中碳载铂催化剂是电子的良导体，但ptfe的存在将在一定程度上影响电导率，在满足离子和气体传导的基础上还要考虑电子传导能力。

13、4、本实用新型在使用时，气体扩散电极应该保证良好的机械强度及导热性，膜具有高的质子传导性，能够很好地隔绝氢气、氧气防止互窜，有很好的化学稳定性和热稳定性及抗水解性。

技术特征：

1.一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，包括阳极板(1)，其特征在于：所述阳极板(1)的一侧固定连接有阳极扩散层(2)，所述阳极扩散层(2)的一侧固定连接有阳极催化剂(7)，所述阳极催化剂(7)的一侧固定安装有质子交换膜本体(6)，所述质子交换膜本体(6)的一侧固定连接有阴极催化剂(5)，所述阴极催化剂(5)的一侧固定连接有阴极扩散层(3)，所述阴极扩散层(3)的一侧固定连接有阴极板(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，其特征在于：所述阳极板(1)和阴极板(4)的尺寸相适配且两者的尺寸均设置为0.8mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，其特征在于：所述阳极板(1)发生的反应为h2＝2h++2e，所述阳极扩散层(2)发生的反应为o2+4h++4e＝2h2o。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，其特征在于：所述阳极扩散层(2)和阴极扩散层(3)的尺寸相适配且均设置为0.4mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，其特征在于：所述阳极催化剂(7)把阳极扩散层(2)和质子交换膜本体(6)之间相连接且连接处无间隙，所述阴极扩散层(3)把阴极催化剂(5)和阴极板(4)之间相连接且连接处无间隙。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，其特征在于：所述质子交换膜本体(6)与阴极扩散层(3)的尺寸相适配，所述质子交换膜本体(6)的左侧与多个阳极催化剂(7)相连，质子交换膜本体(6)的右侧与多个阴极催化剂(5)相连，且质子交换膜本体(6)和阴极催化剂(5)和阳极催化剂(7)之间无间隙。

7.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，其特征在于：所述阳极板(1)的右侧与阳极扩散层(2)的左侧相连，阳极扩散层(2)的右侧与阳极催化剂(7)的外表面左侧相连，且阳极板(1)和阳极扩散层(2)和阳极催化剂(7)之间无间隙。

技术总结
本技术属于燃料电池全氟磺酸质子交换膜技术领域，尤其为一种用于燃料电池的全氟磺酸质子交换膜，包括阳极板，所述阳极板的一侧固定连接有阳极扩散层，所述阳极扩散层的一侧固定连接有阳极催化剂，所述阳极催化剂的一侧固定安装有质子交换膜本体，所述质子交换膜本体的一侧固定连接有阴极催化剂。本技术在使用时，能够最大限度减小气体的传输阻力，使得反应气体顺利由扩散层到达催化层发生电化学反应，即最大限度发挥单位面积和单位质量的催化剂的反应活性。因此，气体扩散电极必须具备适当的疏水性，一方面保证反应气体能够顺利经过最短的通道到达催化剂，另一方面确保生成的产物水能够润湿膜，同时多余的水可以排出防止阻塞气体通道。

技术研发人员：李秋玲
受保护的技术使用者：深圳市戈埃尔科技有限公司
技术研发日：20230705
技术公布日：2024/1/15