CN110117469A - 一种用于燃料电池膜电极的保护膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池膜电极的保护膜制备方法，其中制备方法包括：将胶水、溶剂、固化剂和微球按照重量份比为100:100：1：5～10混合并搅拌均匀制成粘胶剂；将制成的粘胶剂均匀涂布在基层上；加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球的粘胶剂层；在形成的粘胶剂层表面复合一层离型膜。本申请提供的保护膜在粘结剂层的表面附着有多个微球，多个微球形成凹凸不平的接触点，在制备膜电极时使得保护膜与质子交换膜为点接触，有效避免了在烘烤后保护膜难以剥离或者剥离时带走涂布在质子交换膜上的催化剂的技术问题，在剥离保护模时无须预先进行降粘处理，节约了生产工序和成本。

Description

一种用于燃料电池膜电极的保护膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池膜电极的保护膜制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。
膜电极组件是质子交换膜燃料电池的核心元件,造价占总成本的三分之一。当前被广泛应用的膜电极制备方法主要为三种，催化剂涂布气体扩散层法、催化剂涂布质子交换膜法和转印法。
催化剂涂布气体扩散层法,是先将催化剂浆料涂布在气体扩散层上,然后与质子交换膜热压在一起,形成气体扩散电极。催化剂涂布质子交换膜法是将催化剂浆料直接涂布在质子交换膜上形成膜电极。转印法则是先将浆料涂布于转印膜上,烘干后再通过热压的方法将催化层转移至质子交换膜上而形成膜电极。
其中催化剂涂布质子交换膜法制备的膜电极催化层与膜接触紧密,使得内阻减小，性能最优。但是质子交换膜必须两面都涂有催化剂，需要进行两次涂布。第二次涂布时必须有保护膜对第一次涂布的催化剂涂层加以保护，且该保护膜在受热烘烤后必须便于移除，以免受热后剥离强度升高，带走催化剂涂层，而现有技术中的保护膜在受热烘烤后都很难直接移除，必须经过降粘处理后才能移除，这样就增加了生产工序和成本。
发明内容
为了解决现有技术中用于燃料电池膜电极的保护膜在受热烘烤后难以移除的技术问题，本申请提供一种用于燃料电池膜电极的保护膜极其制备方法，具体通过以下技术方案予以实现：
一种用于燃料电池膜电极的保护膜制备方法,包括：
将胶水、溶剂、固化剂和微球按照重量份比为100:100：1：5～10混合并搅拌均匀制成粘胶剂；
将制成的粘胶剂均匀涂布在基层上；
加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球的粘胶剂层；
在形成的粘胶剂层表面复合一层离型膜。
其中，所述微球的直径为0.05～5μm。
其中，所述微球为纳米二氧化硅或者聚甲基丙烯酸甲酯材料中的一种或者多种。
其中，所述基层的厚度为0.01～0.2mm。
其中，所述基层为PET基材，所述离型膜为PET离型膜。
其中，所述基层和粘结剂层的总厚度为0.02～0.5mm。
一种用于燃料电池膜电极的保护膜，所述保护膜通过上述方法制备而成，所述保护膜包括：
基层；
附着在所述基层上的粘胶剂层；
附着在所述粘胶剂层上的保护层；
其中，所述粘胶剂层中分散有多个微球，所述基层以及保护层附着在所述微球上。
其中，所述微球的直径为0.05～5um。
其中，所述基层的厚度为0.01～0.2mm，所述基层和粘结剂层的总厚度为0.02～0.5mm。
其中，所述保护层为PET离型膜。
依据上述实施例的保护膜制备方法制成的保护膜，在粘结剂层中分散有多个微球，多个微球形成凹凸不平的接触点，在制备膜电极时使得保护膜与质子交换膜为点接触，大大降低了接触面积，从而粘性也降低，有效避免了在烘烤后保护膜难以剥离或者剥离时带走涂布在质子交换膜上的催化剂的技术问题。因此采用本申请提供的保护膜制备膜电极时，在剥离保护模时无须预先进行降粘处理，节约了生产工序和成本。
附图说明
图1为本申请实施例的制备方法流程图；
图2为本申请实施例的保护膜结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
在本发明实施例中，通过改变现有保护膜的组分和结构，即在胶水中加入溶剂、固化剂和微球并搅拌均匀制成粘胶剂，将该粘结剂均匀涂布在基层上后加热固化，这样粘结剂干燥后微球21全部附着在粘结剂层2的表面，形成凹凸不平的接触点，在制备膜电极时质子交换膜与这些微球21为点接触，有效避免了在烘烤后保护膜难以剥离或者剥离时带走涂布在质子交换膜上的催化剂的技术问题，采用本申请提供的保护膜制备膜电极时，在剥离保护模时无须预先进行降粘处理，节约了生产工序和成本。
实施例一：
请参考图1，本实施例提供一种用于燃料电池膜电极的保护膜制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：将胶水、溶剂、固化剂和微球按照重量份比为100:100：1：5～10混合并搅拌均匀制成粘胶剂；
步骤102：将制成的粘胶剂均匀涂布在基层1上；
步骤103：加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球21的粘胶剂层2；
步骤104：在形成的粘胶剂层2表面复合一层离型膜3。
其中，本实施例步骤101中，溶剂选用乙酸乙酯，胶水采用丙烯酸胶水，微球21分别采用直径为3μm的二氧化硅颗粒和聚甲基丙烯酸甲酯材料，分别设置如下表1所示的四组实施例。
表1
分别按照1组、2组、3组和4组的配比制成四种粘胶剂，将四组粘胶剂均匀涂布在基层上，然后加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球21的粘胶剂层2，在形成的粘胶剂层2表面复合一层离型膜3，制成了四种保护膜，其中，四组测试实验中基层1均采用厚度为0.01毫米的PET基材，离型膜3均采用厚度为70μm的PET离型膜。
将制成的四种保护膜分别用于质子交换膜中制备膜电极，具体的，先在质子交换膜的A面涂布第一电极层，然后再在该质子交换膜的A面复合上制成的保护膜，然后在质子交换膜的B面涂布第二电极层，最后剥离保护膜得到膜电极，其中在剥离保护膜时观察该保护膜是否对质子交换膜上的催化剂有附着，本实施例在制备膜电极时需要对保护膜在120℃下加热30分，然后观察四组保护膜的附着情况如表2：
表2
通过以上测试结果发现四组保护膜均对催化剂涂层无附着情况，因此采用本实施例方法制成的保护膜在用于制备膜电极时无须预先进行降粘处理即可直接剥离，节约了工序和生产成本。
实施例二：
本实施例中采用和实施例一相同的制备方法制备四组保护膜，其中溶剂选用乙酸乙酯，胶水采用聚氨酯胶水，其中各组保护膜中胶水、溶剂以及固化剂和微球的重量比如下表3：
表3
5组 6组 7组 8组
聚氨酯胶水 100g 100g 100g 100g
溶剂(乙酸乙酯) 100g 100g 100g 100g
固化剂 1g 1g 1g 1g
3微米二氧化硅颗粒 5g 10g
3微米聚甲基丙烯酸甲酯 5g 10g
分别按照5组、6组、7组和8组的配比制成四种粘胶剂，将四组粘胶剂均匀涂布在基层1上，然后加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球21的粘胶剂层2，在形成的粘胶剂层2表面复合一层离型膜3，制成了四种保护膜，其中，四组测试实验中基层1均采用厚度为0.1毫米的PET基材，离型膜3均采用厚度为70μm的PET离型膜。
采用和实施例1相同的方法，分别将制成的5组、6组、7组和8组的保护膜用于制备膜电极，观测保护膜的附着情况如表4：
表4
通过以上测试结果发现四组保护膜均对催化剂涂层无附着情况，因此采用本实施例方法制成的保护膜在用于制备膜电极时无须预先进行降粘处理即可直接剥离，节约了工序和生产成本。
实施例三：
本实施例中采用和实施例一相同的制备方法制备四组保护膜，其中溶剂选用乙酸乙酯，胶水采用丙烯酸胶水，其中各组保护膜中胶水、溶剂以及固化剂和微球的重量比如下表5：
表5
9组 10组 11组 12组
丙烯酸胶水 100g 100g 100g 100g
溶剂(乙酸乙酯) 100g 100g 100g 100g
固化剂 1g 1g 1g 1g
5微米二氧化硅颗粒 5g 10g
5微米聚甲基丙烯酸甲酯 5g 10g
分别按照5组、6组、7组和8组的配比制成四种粘胶剂，将四组粘胶剂均匀涂布在基层1上，然后加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球21的粘胶剂层2，在形成的粘胶剂层2表面复合一层离型膜3，制成了四种保护膜，其中，四组测试实验中基层均采用厚度为0.2毫米的PET基材，离型膜均采用厚度为70μm的PET离型膜。
采用和实施例1相同的方法，分别将制成的9组、10组、11组和12组的保护膜用于制备膜电极，观测保护膜的附着情况如表6：
表6
通过以上测试结果发现四组保护膜均对催化剂涂层无附着情况，因此采用本实施例方法制成的保护膜在用于制备膜电极时无须预先进行降粘处理即可直接剥离，节约了工序和生产成本。
实施例四：
本实施例提供一种用于燃料电池膜电极的保护膜，如图2，该保护膜包括基层1、附着该在基层1上的粘胶剂层2以及附着在粘胶剂层2上的保护层3，其中在粘胶剂层2中分散有多个微球21，这样多个微球21形成凹凸不平的接触点，基层1和保护层3附着在粘胶剂层2上且与多个微球21通过点接触。在制备膜电极时使得保护膜与质子交换膜为点接触，有效避免了在烘烤后保护膜难以剥离或者剥离时带走涂布在质子交换膜上的催化剂的技术问题。因此采用本申请提供的保护膜制备膜电极时，在剥离保护模时无须预先进行降粘处理，节约了生产工序和成本。
其中，本实施例混合在粘胶剂层2的微球21为直径为3微米二氧化硅颗粒，基层1为厚度为0.1毫米的PET基材，保护层3为厚度70μm的PET离型膜。在其他实施例中微球21还可以选用聚甲基丙烯酸甲酯材质的塑料微球，微球21的直径设置为0.05～5μm之间即可，需要说的是，在一种保护膜中也可以包括多种不同直径的微球21，只要该微球的半径在0.05～5μm之间即可。基层1的厚度还可以选择0.01～0.2mm之间的任意值，制成的保护膜的基层1和粘结剂层2的总厚度为0.02～0.5mm最为合适。
在其他实施例中，该保护膜只包括基层1和复合在该基层1上粘结剂层2，微球21分散在该粘结剂层2中，保护膜绕制成卷状进行封装，这样无需离型膜3进行保护。
本实施例的保护膜用于制备膜电极时，粘结剂层2与质子交换膜通过微球21实现点接触，使得接触面积大幅度减少，因此使得粘性降低，在膜电极制备过程中即使经过高温，该粘结剂层2与质子交换膜也无须经过降粘处理即可剥离，且不会带走涂布在质子交换膜上的催化剂的技术问题。因此采用实施例提供的保护膜制备膜电极时，节约了生产工序和成本。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池膜电极的保护膜制备方法,其特征在于，包括：
将胶水、溶剂、固化剂和微球按照重量份比为100:100：1：5～10混合并搅拌均匀制成粘胶剂；
将制成的粘胶剂均匀涂布在基层上；
加热使得涂布的粘胶剂固化形成带微球的粘胶剂层；
在形成的粘胶剂层表面复合一层离型膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微球的直径为0.05～5μm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微球为纳米二氧化硅或者聚甲基丙烯酸甲酯材料中的一种或者多种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基层的厚度为0.01～0.2mm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基层为PET基材，所述离型膜为PET离型膜。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基层和粘结剂层的总厚度为0.02～0.5mm。
7.一种用于燃料电池膜电极的保护膜，其特征在于，所述保护膜通过权利要求1-6任一项所述的制备方法制备而成，所述保护膜包括：
基层；
附着在所述基层上的粘胶剂层；
附着在所述粘胶剂层上的保护层；
其中，所述粘胶剂层中分散有多个微球，所述基层以及保护层附着在所述微球上。
8.如权利要求7所述的保护膜，其特征在于，所述微球的直径为0.05～5um。
9.如权利要求7所述的保护膜，其特征在于，所述基层的厚度为0.01～0.2mm，所述基层和粘结剂层的总厚度为0.02～0.5mm。
10.如权利要求7所述的保护膜，其特征在于，所述保护层为PET离型膜。
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