CN110416558A - 一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，所述燃料电池膜电极是将市售Nafion全氟磺酸树脂细化后的微粒与催化剂混合制成干粉催化剂涂料，然后利用卷对卷印刷机的两个凹版印刷辊将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面而制得。本发明提供的制备方法，不但实现了一次连续化卷对卷制备膜电极，而且催化剂以有序网纹分布，增加了质子的传递效能，同时由于采用干粉催化剂，有效防止了采用液态催化剂涂敷形成致密层影响气体传导的问题，并且降低了催化剂用量，提高了催化层中质子高效传递和催化剂使用效率，使得催化剂层有序化控制简单易控。

Description

一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池膜电极技术领域，特别是涉及一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有高比功率、高能量转换效率、低温启动、环境友好等优点，可作为各种车辆的动力源，也是固定电站、便携式电子产品的理想电源，因此，PEMFC已成为世界各国研究的热点。其中，膜电极（MEA）由催化剂、质子膜材料、扩散层共同组成,是燃料电池的核心;是电池运行过程中化学能转换为电能的场所，是燃料电池的“心脏”，对PEMFC的性能起到关键作用。膜电极组件（MEA）的性能除了与材料有关外，还与结构密切相关。因此，通过改进膜电极的制备材料和制备方法，以及对其结构进行优化，是提高MEA性能的重要途径之一。
最初，燃料电池膜电极以气体扩散层为催化层支撑体制备为热压法，将催化剂与溶剂混合制备形成浆液，然后采用涂刷方法将催化剂浆涂敷在气体扩散层（碳纸、碳布）上，然后与质子交换膜热压形成膜电极。催化层涂层后，如果气体扩散层具有过多、过大的微孔，催化剂容易损失，在成负载催化剂量增加，成本升高，而如果微孔过小，则影响气体的扩散。
为了减少催化剂用量，目前，将催化剂干粉或浆料喷涂、转印在质子交换膜两侧，使用时与气体扩散层贴合得到膜电极。该方法大幅降低了催化剂用量降低。但是催化层的均匀分散、以及与质子交换膜牢固粘附成为问题。尽管采用了静电喷涂、超声喷涂等工艺改进，但催化剂涂层的均匀性仍然不佳，而且，通过喷涂、刮涂等形成催化层致密，使得催化层中质子传递效率受限。催化层的均匀分布组、有序分布始终限制燃料电池膜电极的批量化稳定生产。因此，膜电极的新型生产工艺的开发受到重视。
中国发明专利申请号201810545546.3公开了一种燃料电池膜电极的制备方法，其制备方法为，将催化剂粉末、树脂溶液和分散溶液制成混合浆料，通过超声处理使所述混合浆料混合均匀；将质子交换膜需喷涂面朝上，另一面覆盖在静电衬膜上并用喷涂夹具固定；所述喷涂夹具放置于40-60℃环境中，将混合浆料喷涂在所述质子交换膜上，制得燃料电池膜电极。中国发明专利申请号201611014894.5公开了一种燃料电池CCM膜电极的制备方法，具体为将催化剂浆料喷涂/网印到转印膜上，形成催化层，再将催化层采用热压的方式转印到质子交换膜上，形成CCM电极，是燃料电池膜电极常见的制备方法；但转印法制备CCM过程中，往往会由于催化层与转移膜的粘结力较大，以及催化层制备的不均匀，热压温度压力的不均匀，环境温湿度的不均匀等问题，造成转印不完全，进而导致CCM制备的失败；该发明提出了一种过渡层的方法，可以减小催化层与转印膜的粘结力，提高催化层的转印效率，并可以改善催化层与微孔层之间的水管理问题，以及由此带来的传质问题等。
为了实现燃料电池膜电极的催化层的均匀分布组、有序分布，有必要提出一种新型燃料电池膜电极的制备方法，进而实现高性能燃料电池膜电极的批量化稳定生产。
发明内容
针对现有燃料电池膜电极制备中催化层难以分散，难以有序化控制的缺陷，以及直接超声喷涂不能稳定生产的缺陷，本发明提出一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，从而实现了批量化稳定生产具有均匀有序分布催化层的燃料电池膜电极的目的。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，所述燃料电池膜电极是将市售Nafion全氟磺酸树脂细化后的微粒与催化剂混合制成干粉催化剂涂料，然后利用两个凹版印刷辊将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面而制得。具体制备方法如下：
（1）将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；
（2）将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机的送料架上，将两个凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，然后使得质子交换膜经过两个对辊凹版间进行印刷，在两辊对压和加热下，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面形成催化剂层，接着冷却、卷取，即得燃料电池膜电极。
冷冻粉碎是利用物理在低温条件下的“低温脆性”，即物料随着温度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性和韧性降低，在一定温度下，用很有的力就能将其粉碎。因此通过冷冻粉碎的物料，其粒度可达到“超细微”的程度，并且可最大程度地保证物料的有效分子结构、成分和活性。因此，本发明选择冷冻条件下将市售Nafion全氟磺酸树脂在气流涡旋微细机中进行粉碎细化，可得到全氟磺酸树脂超微粉（粒径小于2μm），可与碳载贵金属催化剂分散均匀，得到综合性能优异的干粉催化剂涂料。优选的，步骤（1）中所述冷冻条件的温度控制在-80℃～-30℃。
优选的，步骤（1）中所述气流涡旋微细机细化的风量为1200-2000m3/h，粉碎盘转速为5000-7000rpm。
优选的，步骤（1）中所述催化剂为碳载贵金属催化剂。
进一步优选的，所述贵金属可为Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、Os、Au 中的一种。
优选的，步骤（1）中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1:2-4。
优选的，步骤（2）中所述质子交换膜为磺化聚醚醚酮膜、磺化聚苯醚膜、磺化聚苯乙烯膜、全氟磺酸树脂膜、磺化三氟苯乙烯膜中的一种或两种以上的组合。
进一步的，凹版网纹印刷的印版，印刷部分低于空白部分，而凹陷程度又随图像的层次有深浅同，图像层次越暗，其深度越深，空白部分则在同一平面上，印刷时，全版面涂布或沾取涂料后，用刮墨机械刮去平面上（即空白部分）的油涂料，使涂料只保留在版面低凹的印刷部上，并使其涂料转移到承印物上，获得印刷品。因版面上印刷部分凹陷的深浅不同，所以印刷部分的涂料量就不等，印刷成品上的涂层厚度也不一致，凹版网纹辊印刷涂布方式得到的涂层分布均匀，涂布量比较准确，可实现有序分布。因此，本发明凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，通过两辊对压和加热，使得催化剂以干粉态直接粘合在质子交换膜的两面，而且由于凹版印刷辊雕刻有斜网纹，使得催化剂层呈有序的斜网纹分布，实现了一次连续化卷对卷制备有序分布催化剂层的燃料电池膜电极的目的。
优选的，步骤（2）中所述凹版印刷辊的表面雕刻有网纹，网纹的网线呈均匀分布的斜纹状，网纹深度为5-10μm，网纹间距为50-100μm。
优选的，所述凹版印刷辊的表面网纹由电子雕刻制版方法、激光雕刻制版方法、机械雕刻制版方法中任意一种制备得到。
优选的，步骤（2中所述两辊对压的压力为1.5-2MPa，加热温度为80-90℃。
优选的，步骤（2）中所述膜电极催化剂层的厚度为5-15μm。
现有燃料电池膜电极制备中催化层存在难以分散、难以有序化控制的缺陷，以及直接超声喷涂的方法存在无法稳定生产的缺陷，限制了其应用。鉴于此，本发明提出一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，将市售Nafion全氟磺酸树脂在冷冻条件下经气流涡旋微细机细化制得微粒，然后与催化剂混均，得到干粉催化剂涂料；将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机送料架，两个凹版印刷辊辊对辊施加压力并加热，质子交换膜经过两个对辊凹版印刷，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面，经冷却、卷取，得到燃料电池膜电极,使用时进一步贴合碳纸即可。本发明提供的制备方法，不但实现了一次连续化卷对卷制备膜电极，而且催化剂以有序网纹分布，增加了质子的传递效能，同时由于采用干粉催化剂，有效防止了采用液态催化剂涂敷形成致密层影响气体传导的问题，并且降低了催化剂用量，提高了催化层中质子高效传递和催化剂使用效率，使得催化剂层有序化控制简单易控。
本发明提出一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、本发明通过制备干粉催化剂，通过凹版印刷辊辊对辊形成压力、热压，使得催化剂以干粉态直接粘合在质子交换膜的两面，而且由于凹版印刷辊雕刻有斜网纹，使得膜电极的催化剂层呈有序的斜网纹分布。
2、本发明的制备方法不但实现了一次连续化卷对卷制备膜电极，而且催化剂以有序网纹分布，增加了质子的传递效能；同时由于采用干粉催化剂，有效防止了采用液态催化剂涂敷形成致密层影响气体传导的问题。
3、本发明的制备方法降低了催化剂用量，提高了催化层中质子高效传递，提高催化剂使用效率，使得催化剂层有序化控制简单易控。
附图说明
附图1：实施例1催化剂卷对卷印刷后的显微镜分布图，催化剂以有序网纹分布。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；冷冻条件的温度控制在-50℃；气流涡旋微细机细化的粉碎盘转速为5800rpm；催化剂为碳载贵金属催化剂，贵金属为Pt；干粉催化剂涂料制备中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1:3.2；
（2）将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机的送料架上，将两个凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，然后使得质子交换膜经过两个对辊凹版间进行印刷，在两辊对压和加热下，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面形成催化剂层，接着冷却、卷取，即得燃料电池膜电极；质子交换膜为全氟磺酸树脂膜；凹版印刷辊的表面雕刻有网纹，网纹的网线呈均匀分布的斜纹状，网纹深度为7μm，网纹间距为80μm，凹版印刷辊的表面网纹由电子雕刻制版方法制备得到；两辊对压的压力为1.7MPa，加热温度为86℃；使得膜电极催化剂层的平均厚度为11μm。
将得到的膜电极经显微镜观察，如附图1所示，催化剂以有序网纹分布。
实施例2
（1）将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；冷冻条件的温度控制在-80℃；气流涡旋微细机细化的粉碎盘转速为5000rpm；催化剂为碳载贵金属催化剂，贵金属为Pt；干粉催化剂涂料制备中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1:2；
（2）将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机的送料架上，将两个凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，然后使得质子交换膜经过两个对辊凹版间进行印刷，在两辊对压和加热下，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面形成催化剂层，接着冷却、卷取，即得燃料电池膜电极；质子交换膜为全氟磺酸树脂膜；凹版印刷辊的表面雕刻有网纹，网纹的网线呈均匀分布的斜纹状，网纹深度为5μm，网纹间距为80μm，凹版印刷辊的表面网纹由激光雕刻制版方法制备得到；两辊对压的压力为1.5MPa，加热温度为80℃；膜电极催化剂层的平均厚度为5μm。
实施例3
（1）将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；冷冻条件的温度控制在-30℃；气流涡旋微细机细化的粉碎盘转速为7000rpm；催化剂为碳载贵金属催化剂，贵金属为Pt；干粉催化剂涂料制备中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1: 4；
（2）将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机的送料架上，将两个凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，然后使得质子交换膜经过两个对辊凹版间进行印刷，在两辊对压和加热下，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面形成催化剂层，接着冷却、卷取，即得燃料电池膜电极；质子交换膜为全氟磺酸树脂膜；凹版印刷辊的表面雕刻有网纹，网纹的网线呈均匀分布的斜纹状，网纹深度为10μm，网纹间距为100μm，凹版印刷辊的表面网纹由机械雕刻制版方法制备得到；两辊对压的压力为2MPa，加热温度为90℃；膜电极催化剂层的平均厚度为15μm。
实施例4
（1）将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；冷冻条件的温度控制在-50℃；气流涡旋微细机细化的粉碎盘转速为6000rpm；催化剂为碳载贵金属催化剂，贵金属为Pt；干粉催化剂涂料制备中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1:3；
（2）将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机的送料架上，将两个凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，然后使得质子交换膜经过两个对辊凹版间进行印刷，在两辊对压和加热下，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面形成催化剂层，接着冷却、卷取，即得燃料电池膜电极；质子交换膜为全氟磺酸树脂膜；凹版印刷辊的表面雕刻有网纹，网纹的网线呈均匀分布的斜纹状，网纹深度为8μm，网纹间距为100μm，凹版印刷辊的表面网纹由电子雕刻制版方法制备得到；两辊对压的压力为1.8MPa，加热温度为85℃；膜电极催化剂层的平均厚度为10μm。
对比例1
将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；冷冻条件的温度控制在-50℃；气流涡旋微细机细化的粉碎盘转速为5800rpm；催化剂为碳载贵金属催化剂，贵金属为Pt；干粉催化剂涂料制备中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1:3.2；然后采用异丙醇作为溶剂，将催化剂制备成了催化剂浆料,刮涂于全氟磺酸树脂膜的两面,催化剂层的平均厚度为11μm。
对比例1与实施例1相比，没有采用干粉涂料的方式,未采用网纹,未能形成有序分布的催化层, 使得催化涂层过于致密影响质子传递。
对实施例1-2、对比例1在膜电极两侧贴合碳纸，组装成测试电池，其中运行环境为：H2/O2流量：30/60sccm；电池工作温度为65℃，在电压0. 6 V 测电流密度，进行定性的对比分析；为了便于定性比较，催化剂使用同一种载Pt量为18%的碳载铂催化剂；全氟磺酸树脂膜使用同一批厚度为35μm的膜；气体扩散层使用台湾碳能GDS230疏水处理的碳纸。如表1所示。
表1：
性能指标 膜电极电流密度（mA/cm2）
实施例1 689
实施例2 615
对比例1 427
通过显微镜直观观察和对电流密度的定性测试分析，本发明将催化剂以干粉态直接粘合在质子交换膜的两面，使得膜电极的催化剂层呈有序的斜网纹分布；增加了质子的传递效能；同时由于采用干粉催化剂，有效防止了采用液态催化剂涂敷形成致密层影响气体传导的问题，膜电极自气体流场较好，催化剂利用率显著提高。

Claims (9)

1.一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，所述燃料电池膜电极是将市售Nafion全氟磺酸树脂细化后的微粒与催化剂混合制成干粉催化剂涂料，然后利用两个凹版印刷辊将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面而制得；具体制备方法如下：
（1）将市售Nafion全氟磺酸树脂加入气流涡旋微细机中，然后在冷冻条件下细化制得粒径小于2μm的微粒，接着将微粒与催化剂混合均匀，得到干粉催化剂涂料；
（2）将成卷的质子交换膜放入卷对卷印刷机的送料架上，将两个凹版印刷辊沾取干粉催化剂涂料，然后使得质子交换膜经过两个对辊凹版间进行印刷，在两辊对压和加热下，将干粉催化剂涂料直接印刷热粘合在质子交换膜的两面形成催化剂层，接着冷却、卷取，即得燃料电池膜电极。
2.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（1）中所述冷冻条件的温度控制在-80℃～-30℃。
3.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（1）中所述气流涡旋微细机细化的粉碎盘转速为5000-7000rpm。
4.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（1）中所述催化剂为碳载贵金属催化剂，所述贵金属可为Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、Os、Au 中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（1）中，市售Nafion全氟磺酸树脂微粒、催化剂的质量比例为1:2-4。
6.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（2）中所述质子交换膜为磺化聚醚醚酮膜、磺化聚苯醚膜、磺化聚苯乙烯膜、全氟磺酸树脂膜、磺化三氟苯乙烯膜中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（2）中所述凹版印刷辊的表面雕刻有网纹，网纹的网线呈均匀分布的斜纹状，网纹深度为5-10μm，网纹间距为50-100μm，所述凹版印刷辊的表面网纹由电子雕刻制版方法、激光雕刻制版方法、机械雕刻制版方法中任意一种制备得到。
8.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（2中所述两辊对压的压力为1.5-2MPa，加热温度为80-90℃。
9.根据权利要求1所述的一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于，步骤（2）中所述燃料电池膜电极的催化剂层的厚度为5-15μm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024125256A1 (zh) * 2022-12-15 2024-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池电极催化层及包含其的膜电极

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001070392A1 (en) * 2000-03-22 2001-09-27 Superior Micropowders Llc Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same
CN1328707A (zh) * 1998-08-26 2001-12-26 西门子公司 改进的气体扩散电极、该电极的制造方法以及气体扩散电极的疏水处理方法
TW200302593A (en) * 2001-12-19 2003-08-01 Polyfuel Inc Printing of catalyst on the membrane of fuel cells
CN102449826A (zh) * 2009-05-29 2012-05-09 索尔维克雷有限责任两合公司 用于生产用于燃料电池的催化剂层的方法
CN109671965A (zh) * 2018-12-21 2019-04-23 清华大学 一种高耐久性燃料电池膜电极及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1328707A (zh) * 1998-08-26 2001-12-26 西门子公司 改进的气体扩散电极、该电极的制造方法以及气体扩散电极的疏水处理方法
WO2001070392A1 (en) * 2000-03-22 2001-09-27 Superior Micropowders Llc Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same
TW200302593A (en) * 2001-12-19 2003-08-01 Polyfuel Inc Printing of catalyst on the membrane of fuel cells
CN102449826A (zh) * 2009-05-29 2012-05-09 索尔维克雷有限责任两合公司 用于生产用于燃料电池的催化剂层的方法
CN109671965A (zh) * 2018-12-21 2019-04-23 清华大学 一种高耐久性燃料电池膜电极及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024125256A1 (zh) * 2022-12-15 2024-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池电极催化层及包含其的膜电极

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