CN111009667A - 一种燃料电池膜电极的制备方法 - Google Patents

一种燃料电池膜电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域,公开了一种燃料电池膜电极的制备方法,包括如下步骤:将催化剂涂布于质子交换膜的A面形成第一催化剂层;将带有背胶的第一保护膜贴合于所述第一催化剂层;将所述催化剂涂布于所述质子交换膜的B面形成第二催化剂层;将带有背胶的第一保护膜从所述第一催化剂层上剥离。本发明通过设置带有背胶的第一保护膜能防止涂布催化剂时质子交换膜发生溶胀或者收缩。

Description

一种燃料电池膜电极的制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域,具体涉及一种燃料电池膜电极的制备方法。
背景技术
质子交换膜的制备方法一般为间接法制备膜电极或者直接法制备膜电极,其中直接法制备膜电极一直被视为实现膜电极大规模高效便捷的生产方法,但该制备方法仍存缺陷,质子交换膜对温度和水分很敏感,将催化剂涂布到质子交换膜上时,催化剂中含有的物质会导致涂布到质子交换膜上时会引起质子交换膜收缩或溶胀,导致质子交换膜报废高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足,提供一种燃料电池膜电极的制备方法,解决现有技术中将催化剂涂布于质子交换膜上时质子交换膜会发生收缩或者溶胀的技术问题。
为达到上述技术目的,本发明的技术方案提供一种燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将催化剂涂布于质子交换膜的A面形成第一催化剂层;
将带有背胶的第一保护膜贴合于所述第一催化剂层;
将所述催化剂涂布于所述质子交换膜的B面形成第二催化剂层;
将带有背胶的第一保护膜从所述第一催化剂层上剥离。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:通过将带有背胶的第一保护膜贴合于催化剂远离质子交换膜的一侧,使得催化剂涂布于质子交换膜的B面上后,在带有背胶的第一保护膜的约束下,能防止质子交换膜发生溶胀或者收缩,当需要将带有背胶的第一保护膜剥离时,可直接将带有背胶的第一保护膜4从所述第一催化剂层上剥离。
附图说明
图1是本发明中质子交换膜和原始保护膜的结构示意图;
图2是本发明中膜电极的制备方法的工艺流程图;
图3是本发明中膜电极制备过程中膜电极的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例一:
本发明提供了一种燃料电池膜电极的制备方法,如图1至3所示,包括如下步骤:
将催化剂1涂布于质子交换膜的A面形成第一催化剂层;
将带有背胶3的第一保护膜4贴合于所述第一催化剂层;
将催化剂1涂布于质子交换膜2的B面形成第二催化剂层;
将带有背胶的第一保护膜4从所述第一催化剂层上剥离。
优选的,所述背胶3的粘着力范围为:1~10N/25mm,所述背胶3的厚度为20μm-100μm。
优选的,所述第一保护膜4的基材为聚酯材料、聚四氟乙烯材料、聚乙烯材料和聚氯乙烯材料中一种,所述第一保护膜4的厚度为25μm-100μm。
优选的,所述第一催化剂层的干燥温度为30℃~150℃,干燥时间为1~30分钟,进一步优选的,所述第一催化剂层的干燥温度为55℃~65℃,干燥时间为10~20分钟;更进一步优选的,所述第一催化剂层的干燥温度为60℃,干燥时间为15分钟。
优选的,所述第二催化剂层的干燥温度为30℃~150℃,,干燥时间为1~30分钟,进一步优选的,所述第二催化剂层的干燥温度为55℃~65℃,干燥时间为10~20分钟;更进一步优选的,所述第一催化剂层的干燥温度为60℃,干燥时间为15分钟。
优选的,所述催化剂1为碳载贵金属、全氟磺酸树脂溶液、醇、去离子水的混合物,其固含量为0.1wt%~15wt%,所述贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上,或者是贵金属与Co、Ni、或Mn形成的二元以上合金;所述醇为甲醇、丙醇、异丙醇、正丙醇和丙三醇中的任一种或者两种以上。
优选的,步骤所述催化剂1的涂布方法为丝网印刷、狭缝挤压涂布、刮刀涂布或喷涂中的任一种。
实施例二:
一种燃料电池膜电极的制备方法,如图1至3所示,包括如下步骤:
将催化剂1涂布于质子交换膜2的A面形成第一催化剂层;
将涂布好的所述第一催化剂层在一定温度下进行干燥处理;
将带有背胶3的第一保护膜4贴合于所述第一催化剂层;
剥离质子交换膜2的原始保护膜5;
将催化剂1涂布于质子交换膜2的B面形成第二催化剂层;
将涂布好的第二催化剂层在一定温度下进行干燥处理;
将带有背胶3的第一保护膜4从所述第一催化剂层上剥离。
优选的,背胶3的粘着力为1~10N/25mm,背胶3的厚度为25μm。
进一步优选的,背胶3的粘着力为3~5N/25mm。
更进一步优选的,背胶3的粘着力为4N/25mm。
将第一保护膜4通过背胶3的粘贴于所述第一催化剂层,在背胶3的粘附力的作用下,能防止质子交换膜2发生收缩或溶胀;当需要将带有背胶3的第一保护膜4剥离时,可直接将带有背胶3的第一保护膜4从所述第一催化剂层上剥离;背胶3的粘着力为1~10N/25mm时,既能对质子交换膜2提供约束力又能直接将第一保护膜4剥离,且剥离下的带有背胶3的第一保护膜4可重复使用,无需通过热处理、光处理、真空处理或化学处理中任何一种来改变带有背胶3的第一保护膜4的黏着力,简少了涂布时所需要的设备,降低了膜电极制备的工艺复杂度和使用成本,适合卷对卷批量生产。
实施例三:
一种燃料电池膜电极的制备方法,如图1至3所示,包括如下步骤:
(1)分别称量0.5g碳载铂催化剂1(英国庄信万丰催化剂1Hispec9100)、5g全氟磺酸树脂溶液(美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520)、5g异丙醇、2.5g去离子水到烧杯中进行超声分散30min,并对超声分散处理得到的混合物以10000rpm搅拌90min,即可制得催化剂1的浆料。
(2)将催化剂1的浆料通过狭缝挤压方式涂布于质子交换膜2(美国戈尔公司M740.15)的A面形成第一催化剂层。其中质子交换膜2厚度为15μm。
(3)在温度为60℃下对所述第一催化剂层进行干燥,干燥时间为50min。
(4)将带有背胶3的第一保护膜4贴合于所述第一催化剂层,本实施例中所述背胶3的粘着力4N/25mm,所述背胶3的厚度为25μm。
其中背胶3为市场上购买。
(5)剥离质子交换膜2的原始保护膜5。
(6)将催化剂1浆料通过狭缝挤压方式涂布于质子交换膜2的B面形成第二催化剂层。
(7)在温度为60℃下对涂布好的所述第二催化剂层进行干燥,干燥时间为50min。
(8)将带有背胶3的第一保护膜4从所述第一催化剂层上剥离,即可制得膜电极。
实施例四:
实施例四与实施例三的相同之处不再阐述,实施例四与实施例三的不同之处在于,所述背胶3的粘着力1N/25mm。
实施例五:
实施例五与实施例三的相同之处不再阐述,实施例五与实施例三的不同之处在于,所述背胶3的粘着力3N/25mm。
实施例六:
实施例六与实施例三的相同之处不再阐述,实施例六与实施例三的不同之处在于,所述背胶3的粘着力5N/25mm。
实施例七:
实施例七与实施例三的相同之处不再阐述,实施例七与实施例三的不同之处在于,所述背胶3的粘着力10N/25mm。
实施例八:
实施例八与实施例三的相同之处不再阐述,实施例八与实施例三的不同之处在于,(1)分别称量0.5g碳载铂催化剂1(英国庄信万丰催化剂1Hispec9100)、6g全氟磺酸树脂溶液(美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520)、6g异丙醇、3g去离子水到烧杯中进行超声分散30min,并对超声分散处理得到的混合物以10000rpm搅拌90min,即可制得催化剂1的浆料。
实施例九:
实施例九与实施例三的相同之处不再阐述,实施例九与实施例三的不同之处在于,(1)分别称量0.5g碳载铂催化剂1(英国庄信万丰催化剂1Hispec9100)、3g全氟磺酸树脂溶液(美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520)、4g异丙醇、2g去离子水到烧杯中进行超声分散30min,并对超声分散处理得到的混合物以10000rpm搅拌90min,即可制得催化剂1浆料。
实施例十:
实施例十与实施例三的相同之处不再阐述,实施例十与实施例三的不同之处在于,(1)分别称量0.5g碳载铂、银催化剂1、5g全氟磺酸树脂溶液(美国杜邦公司全氟磺酸树脂溶液DE520)、5g异丙醇、2.5g去离子水到烧杯中进行超声分散30min,并对超声分散处理得到的混合物以10000rpm搅拌90min,即可制得催化剂1浆料。
对比例一:
对比例二与实施例三的相同之处不再阐述,对比例二与实施例三的不同之处在于,所述背胶3的粘着力0.8N/25mm。
对比例二:
对比例三与实施例三的相同之处不再阐述,对比例三与实施例三的不同之处在于,所述背胶3的粘着力12N/25mm。
表1相关性能指标测试结果
组别 形变率 胶水残留率
实施例三 0.60% 0.40%
实施例四 0.91% 0.39%
实施例五 0.71% 0.39%
实施例六 0.62% 0.66%
实施例七 0.82% 0.90%
实施例八 6.00% 0.42%
实施例九 5.21% 0.80%
实施例十 2.11% 0.56%
对比例一 7.12% 0.39%
对比例二 1.50% 6.00%
由表1可知,本发明提供了一种燃料电池膜电极的制备方法,当粘着力范围在1~10N/25mm内,都能有效防止催化剂涂布时质子交换膜发生形变,当粘着力范围在3~5N/25mm内时,制备的膜电极的形变率比较小,胶水残留率比较少;当采用实施例三中的方法制备膜电极时,制备的膜电极的形变率和胶水残留率都比较小,为最优值。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将催化剂涂布于质子交换膜的A面形成第一催化剂层;
将带有背胶的第一保护膜贴合于所述第一催化剂层;
将所述催化剂涂布于所述质子交换膜的B面形成第二催化剂层;
将带有背胶的第一保护膜从所述第一催化剂层上剥离。
2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述背胶的粘着力范围为:1~10N/25mm。
3.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述背胶的厚度为20μm-100μm。
4.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述第一保护膜的基材为聚酯材料、聚四氟乙烯材料、聚乙烯材料和聚氯乙烯材料中一种,所述第一保护膜的厚度为25μm-100μm。
5.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述将所述催化剂涂布于所述质子交换膜的B面形成第二催化剂层的步骤之前,还包括步骤:剥离质子交换膜的原始保护膜。
6.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述将带有背胶的第一保护膜贴合于所述第一催化剂层的步骤之前,还包括步骤:将涂布好的所述第一催化剂层在一定温度下进行干燥处理。
7.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述将带有背胶的第一保护膜从所述第一催化剂层上剥离的步骤之前,还包括步骤:将涂布好的所述第二催化剂层在一定温度下进行干燥处理。
8.根据权利要求6所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述第一催化剂层的干燥温度为30℃~150℃,第一催化剂层的干燥时间为1~30分钟。
9.根据权利要求7所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述第一催化剂层的干燥温度为30℃~150℃,第一催化剂层的干燥时间为1~30分钟。
10.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,所述第一催化剂层为碳载贵金属、碳、全氟磺酸树脂溶液、醇、去离子水的混合物,其固含量为0.1wt%~15wt%,所述贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上,或者是贵金属与Co、Ni、或Mn形成的二元以上合金,所述醇为甲醇、丙醇、异丙醇、正丙醇和丙三醇中的任一种或者两种以上。
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