CN102522570A - 一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法 - Google Patents

一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102522570A
CN102522570A CN201110453495XA CN201110453495A CN102522570A CN 102522570 A CN102522570 A CN 102522570A CN 201110453495X A CN201110453495X A CN 201110453495XA CN 201110453495 A CN201110453495 A CN 201110453495A CN 102522570 A CN102522570 A CN 102522570A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
proton exchange
membrane
fuel cell
membrane electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201110453495XA
Other languages
English (en)
Inventor
侯中军
邢丹敏
宋书范
张玉海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunrise Power Co Ltd
Original Assignee
Sunrise Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunrise Power Co Ltd filed Critical Sunrise Power Co Ltd
Priority to CN201110453495XA priority Critical patent/CN102522570A/zh
Publication of CN102522570A publication Critical patent/CN102522570A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

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。

Description

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H01基本电气元件H01M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铂的用量，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，较低铂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：
S1.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℃，。
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℃。
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匀分布，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。
附图说明
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图
图2为本发明方法制的膜电极结构示意图
图中.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1-20μm之间均可，优选的，选用5μm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匀分散形成电极浆料；
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20μm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℃的烘箱中热处理3h；
将扩散层和保护框放在膜电极的两侧于160℃、0.7MPa的条件下预压1min、热压1min，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II6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。

Claims (5)

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：
S1.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，将其涂覆在电极支撑体的两面，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膜质子交换树脂溶液，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，干燥形成膜电极胚体；
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。
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℃。
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燥。
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℃。
CN201110453495XA 2011-12-29 2011-12-29 一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法 Pending CN102522570A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110453495XA CN102522570A (zh) 2011-12-29 2011-12-29 一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110453495XA CN102522570A (zh) 2011-12-29 2011-12-29 一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102522570A true CN102522570A (zh) 2012-06-27

Family

ID=46293409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110453495XA Pending CN102522570A (zh) 2011-12-29 2011-12-29 一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102522570A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102769141A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法
CN103000909A (zh) * 2012-11-13 2013-03-27 江苏恒创科技有限公司 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN104051742A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 燃料电池的外部增强上的直接涂覆的膜电极组件
CN107768020A (zh) * 2017-08-30 2018-03-06 南京航空航天大学 植根式柔性薄膜电极的制备方法
CN109638298A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 清华大学 一种3d结构一体化膜电极制备方法
CN109921031A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1613162A (zh) * 2001-11-30 2005-05-04 本田技研工业株式会社 燃料电池用电极的制备方法
CN101038968A (zh) * 2007-04-27 2007-09-19 新源动力股份有限公司 催化层支撑质子交换膜燃料电池复合膜电极及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1613162A (zh) * 2001-11-30 2005-05-04 本田技研工业株式会社 燃料电池用电极的制备方法
CN101038968A (zh) * 2007-04-27 2007-09-19 新源动力股份有限公司 催化层支撑质子交换膜燃料电池复合膜电极及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102769141A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法
CN103000909A (zh) * 2012-11-13 2013-03-27 江苏恒创科技有限公司 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN104051742A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 燃料电池的外部增强上的直接涂覆的膜电极组件
CN107768020A (zh) * 2017-08-30 2018-03-06 南京航空航天大学 植根式柔性薄膜电极的制备方法
CN109921031A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN109638298A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 清华大学 一种3d结构一体化膜电极制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106784943B (zh) 一种高功率密度的质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
Uchida et al. Investigation of the microstructure in the catalyst layer and effects of both perfluorosulfonate ionomer and PTFE‐loaded carbon on the catalyst layer of polymer electrolyte fuel cells
CN101800321B (zh) 基于催化剂/膜技术的亲疏水可调的质子交换膜燃料电池用膜电极的制备方法
CN107437628A (zh) 一种燃料电池膜电极组件的制备方法
CN102522570A (zh) 一种增强型质子交换膜燃料电池膜电极制备方法
CN102496726B (zh) 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和质子交换膜燃料电池膜电极成型夹具
CN108075158B (zh) 一种燃料电池ccm膜电极的制备方法
CN111584880B (zh) 一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
CN101752570B (zh) 质子交换膜燃料电池电极制备方法
CN107146891B (zh) 一种贵金属催化剂颗粒呈梯度分布的mea制备方法
CN101667643B (zh) 一种质子交换膜燃料电池的催化剂涂层膜电极的制备方法
CN111063925A (zh) 催化剂涂覆膜、燃料电池及制备方法
CN102769141A (zh) 一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法
CN101140990A (zh) 一种电极气体扩散层在质子交换膜燃料电池中的应用
CN108511777A (zh) 具有三维高比表面积表面的质子交换膜的构建方法及其基于这种质子交换膜的高性能膜电极
JP2000299119A (ja) 触媒層の製造方法
CN107086316A (zh) 一种车载燃料电池用叠层结构膜电极及其制备方法
US8940460B2 (en) Catalyst ink preparation for fuel cell electrode fabrication
KR20080105255A (ko) 전기전도도가 향상된 5-레이어 ｍｅａ 제조 방법
CN113161590A (zh) 一种自支撑有序结构膜电极的制备方法及应用
JP2007213988A (ja) 高分子電解質型燃料電池用電極触媒層、その製造方法および高分子電解質型燃料電池
CN109256565A (zh) 低内阻质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
US20110059384A1 (en) Activation method for membrane electrode assembly, membrane electrode assembly, and solid polymer-type fuel cell using same
JP2003059511A (ja) 燃料電池用電解質膜−電極接合体、その製造方法、および高分子電解質型燃料電池
CN110085875B (zh) 一种缓解含合金催化层衰减的多层催化层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120627