CN114221001A - 一种燃料电池用膜电极的制备及加速评估其耐久性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池用膜电极的制备及加速评估其耐久性的方法，燃料电池用膜电极的制备方法为将催化剂浆液均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机热压获得MEA备用，制备好的MEA安装至燃料电池夹具，升温对单电池进行活化；加速评估其耐久性的方法为恒电流测试评估和多圈循环扫描评估，将加速评估前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果，该方法能在工况条件测试后，将膜电极中质子交换膜单独分离出来，表征研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池，具体涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法膜及其耐久性测试方法，属于新能源材料与应用领域。
背景技术
随着全球能源危机和环境问题日益严峻，各国都在寻找可替代传统化石能源的清洁且可持续的能源。在各种类型的新能源技术中，具有高能量转换效率、高可靠性和环境友好的质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是未来的最有前景的绿色替代能源和能量转换装置。目前，PEMFC商业化面临的最大障碍是其耐久性差，美国能源部规定了车用燃料电池的寿命，并给出了一系列的燃料电池材料或部件的耐久性测试协议。为了提高PEMFC的耐久性，除了研究材料性能的衰退机理，提高材料的耐久性以外，还需深入研究测试方法对PEMFC膜电极耐久性的影响。
质子交换膜燃料电池的膜电极(MEA)主要包括质子交换膜、催化层和气体扩散层。目前一般认为膜和催化剂的衰减是造成膜电极失效的主要原因，研究者针对各组成部分具体的衰减程度进行了一些深入的研究。目前对膜电极部件耐久性的测试包括稳态法和动态法。稳态法是指在恒定的电流密度(或电压)下运行电池，记录电压(或电流)及性能曲线随时间变化，包括电流为0时的状态，即开路电压(OCV)。此外，动态测试方法也能用于评价燃料电池的耐久性。例如采用加大燃料电池燃料腐蚀的工作状态或条件，以及加大酸或双氧水溶液的浓度来检验质子交换膜的耐久性。以上方法能够测试燃料电池一些关键性材料的耐久性，但不能反映在实际运行中的耐久性。另一种是组合燃料电池在运行过程中一些加速燃料电池性能衰减的工作状态，如低加湿、负载循环、启动与停止、过载、加湿循环等，以推测燃料电池的寿命。上述测试方法虽然能反映一定情况下燃料电池质子交换膜寿命，但其耗费的时间长，工作量大，具有一定局限性。如果能在工况条件测试后，将膜电极中质子交换膜单独分离出来，表征研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向。
因此，需要开发出一种在较短时间内，针对特殊工况条件测试后膜电极的优劣进行测试评价，进而比较不同质子交换膜燃料电池膜电极耐久性的相对好坏，以此来达到选择长寿命膜电极产品的目的。
本发明公开了一种燃料电池用膜电极的制备及加速评估其耐久性的方法，燃料电池用膜电极的制备方法为将催化剂浆液均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机热压获得MEA备用，制备好的MEA安装至燃料电池夹具，升温对单电池进行活化；加速评估其耐久性的方法为恒电流测试评估和多圈循环扫描评估，将加速评估前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果，该方法能在工况条件测试后，将膜电极中质子交换膜单独分离出来，表征研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向，为探究质子交换膜燃料电池之质子交换膜耐久性与电池性能之间的关系提供基础，兼顾质子交换膜的物理化学性质评估和耐久性评估。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种燃料电池用膜电极的制备及加速评估其耐久性的方法，燃料电池用膜电极的制备方法为将催化剂浆液均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机热压获得MEA备用，制备好的MEA安装至燃料电池夹具，升温对单电池进行活化；加速评估其耐久性的方法为恒电流测试评估和多圈循环扫描评估，将加速评估前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果，该方法能在工况条件测试后，将膜电极中质子交换膜单独分离出来，表征研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向，为探究质子交换膜燃料电池之质子交换膜耐久性与电池性能之间的关系提供基础，兼顾质子交换膜的物理化学性质评估和耐久性评估。
为实现以上技术效果，采用如下技术方案：
一种燃料电池用膜电极的制备方法，方法包括以下步骤：
步骤S1：称取一定量催化剂及催化剂载体分散于异丙醇与Nafion溶液的混合溶液，充分混合超声后获得催化剂浆液，并将催化剂均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机获得CCM-MEA备用；
步骤S2：将制备好的CCM-MEA安装至燃料电池夹具，氮气吹扫后向单电池的阳极通入氢气，阴极通入氧气，并对氢气、氧气及电池进行升温；升温完成后，保持向阳极通入氢气，阴极通入氧气的状态，通过改变控制软件数据，对单电池进行活化。
进一步的，所述步骤S1中制备CCM-MEA的具体方法为：
步骤S11：将催化剂及载体、Nafion溶液、溶剂超声均匀制备成浆液，浆液中各成分的质量比为催化剂及载体:Nafion溶液＝10:2～5；其中所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、乙醚、甘油或丙酮，溶剂使用量为40-100mL；
步骤S12：将质子交换膜置于超声喷涂仪的喷涂基台上，喷头置于所述质子交换膜上方，将喷涂基台加热至100～120℃，氮气作为载气带出所述催化剂浆料喷涂至所述膜电极上，喷头气压设定为30～40psi，阴极面喷涂完毕后，将质子交换膜进行翻面，对另一面进行喷涂阳极面得到所述CCM-MEA前体；其中阴极Pt载量为0.2mgPt/cm2，阳极Pt载量为0.1mgPt/cm2；
步骤S13：将步骤S12制备的CCM-MEA前体放置于预处理后的两张气体扩散层之间，然后放入压片机以压片方式获得CCM-MEA。
进一步的，所述步骤S11中催化剂是Pt、Pd、Ru或Ir贵金属；Pt与Pd、Ru、Ir、的二元合金PtPd、PtRu或PtIr；Pt与非贵金属Fe、Co或Ni形成的二元合金PtFe、PtCo或PtNi；Pt与非贵金属Fe、Co或Ni形成的三元合金PtM1M2，M1、M2为Fe、Co及Ni中任意两种金属元素的组合物，所述步骤S11中催化剂载体是碳载体，包括XC-72、XC-72R、Black Pearls2000、乙炔黑、Ketjen Black系列导电碳黑和碳纳米管中的至少一种，所述步骤S13中所述的气体扩散层为碳纸和微孔层，采用韩日本东丽TORAY、德国SGL、武汉理工新能源WUT(10％)、WUT(20％)扩散层中的至少一种，所述步骤S12中所述的质子交换膜是具有磺酸基团的全氟磺酸质子树脂；非全氟化质子交换树脂；非氟聚合物质子交换树脂中的一种或者多种，其中具有磺酸基团的全氟磺酸质子树脂为Nafion212、Nafion115、Nafion117，非全氟化质子交换树脂为BAM3G膜，非氟聚合物质子交换树脂为磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚酰亚胺磺化聚磷腈、聚苯并咪唑或含氮杂环的质子交换膜，所述步骤S12中所述的质子交换膜尺寸为2cm×2cm。
进一步的，所述步骤S13中所述的气体扩散层的预处理方法是：将碳纸浸入聚四氟乙烯乳液中，采用多次浸渍的方式使聚四氟乙烯的质量分数为20～30％，然后在马弗炉中以320～340℃煅烧30分钟，所述压片方式为热压、冷压或直接接触中的一种，所述热压条件为温度70～180℃，压力为2～10MPa，热压时间为2～10分钟。
进一步的，所述步骤S2中的对单电池进行活化的具体方法为：
步骤S21：采用石墨板为集流体，不锈钢板为端板，将CCM-MEA、集流体、不锈钢板和密封材料组装成单电池，连接气体和冷却水管道，检查气密性；
步骤S22：对单电池进行活化，氮气吹扫后向单电池的阳极通入氢气，阴极通入氧气，并对氢气、氧气及电池进行升温；升温完成后，保持向阳极通入氢气，阴极通入氧气的状态，直到在同一电流密度下电池电压变化小于2mV，活化条件为电池温度70℃；加湿度：阳极100％、阴极100％；气体流量：阳极/阴极＝1:2；压力：常压，活化时间为1～3小时。
一种燃料电池用膜电极加速评估其耐久性的方法，方法包括恒电流测试评估法和多圈循环扫描评估法；
所述恒电流测试评估法具体方法为：
启动燃料电池测试系统，在恒定的电流密度下保持电池运行一定时间，测试单电池的电流-电压曲线；
步骤K1：将膜电极与双极板及其他配件组装成燃料电池，对所述电池通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极评估前的极化性能曲线；
步骤K2：对电池堆的阴极侧通入空气，电池堆的阳极先通入H2，设置恒定电流密度，预设时长，程序结束后关闭H2，从阳极出口处通入氮气对单电池内的氢气进行吹扫；
步骤K3：步骤K2测试结束后，对所述电池通入测试电流，记录电压值和功率值，测试电池评估后的极化性能曲线；
步骤K4：将恒电流测试前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果。
所述多圈循环扫描评估法具体为：
采用多圈循环扫描法加速膜电极的老化，对所述电池堆通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极的极化性能曲线测试单电池电流-电压曲线；
步骤L1：将膜电极与双极板及其他配件组装成燃料电池，对所述电池通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极评估前的极化性能曲线；
步骤L2：对电池堆的阴极侧通入空气，电池堆的阳极先通入H2，采用恒电位仪对所述燃料电池进行循环伏安扫描操作，在固定电位范围内，采用固定的扫描速度扫描固定的圈数，程序结束后关闭H2，从阳极出口处通入氮气对单电池内的氢气进行吹扫；
步骤L3：步骤L2测试结束后，对所述电池通入测试电流，记录电压值和功率值，测试电池评估后的极化性能曲线；
步骤L4：将循环测试前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果。
进一步的，所述步骤K2中，电流密度范围为200～500mA/cm2，预设时长为2～6小时。
进一步的，所述步骤K4中，所述膜电极的性能变化结果还包括电池输出功率密度，质子交换膜含水率，质子交换膜溶胀度，膜电极厚度。
进一步的，所述步骤L2中，所述循环伏安扫描范围为0.1～0.6V，扫描速率为175mVs-1，扫描圈数为4000～20000圈。
进一步的，所述步骤L4中，所述所述膜电极的性能变化结果还包括电池输出功率密度，质子交换膜含水率，质子交换膜溶胀度，膜电极厚度。
本发明的有益效果为：
1.本发明克服现有技术中的燃料电池在启动和停机时会存在性能衰减，而无法评价其性能的优劣的缺陷，从而提供一种燃料电池膜电极性能测试方法；
2.本发明同时兼顾质子交换膜的物理化学性质评估和耐久性评估，对于燃料电池研发过程中的质子交换膜选型具有指导性意义；
3.本发明将膜电极中质子交换膜单独分离出来，研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向；
4.本发明提出的耐久性评估方法操作简单，便于实施；
本发明公开了一种燃料电池用膜电极的制备及加速评估其耐久性的方法，燃料电池用膜电极的制备方法为将催化剂浆液均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机热压获得MEA备用，制备好的MEA安装至燃料电池夹具，升温对单电池进行活化；加速评估其耐久性的方法为恒电流测试评估和多圈循环扫描评估，将加速评估前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果，该方法能在工况条件测试后，将膜电极中质子交换膜单独分离出来，表征研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向，为探究质子交换膜燃料电池之质子交换膜耐久性与电池性能之间的关系提供基础，兼顾质子交换膜的物理化学性质评估和耐久性评估，本发明可在燃料电池用质子交换膜测试领域广泛推广。
附图说明
图1为本发明实施例1中燃料电池膜电极的恒电流测试前后的极化曲线；
图2为本发明实施例1中燃料电池膜电极的恒电流测试前后的功率密度；
图3为本发明实施例1中未使用的洁净Nafion212膜的截面扫描电镜图；
图4为本发明实施例1中燃料电池膜电极400mA/cm2恒流5h后膜电极截面扫描电镜图；
图5为本发明实施例2中燃料电池膜电极循环扫描4500圈前后的极化曲线；
图6为本发明实施例2中燃料电池膜电极循环扫描4500圈前后功率密度；
图7为本发明对比例1中燃料电池膜电极循环扫描18000圈前后的极化曲线；
图8为本发明对比例1中燃料电池膜电极循环扫描18000圈前后功率密度；
图9为本发明对比例1中燃料电池膜电极循环扫描18000圈后的截面扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
实施例1：
一种燃料电池用膜电极的制备，具体方法如下：
(1)制备膜电极组件选用杜邦公司的Nafion212作燃料电池质子交换膜，催化剂浆液制备流程如下：称取40mg Pt/C(Pt质量占比为20wt.％)分散于54mL异丙醇与160mg5wt.％Nafion溶液(Nafion干重为8mg)的混合溶液，充分混合后超声30分钟。将超声后的催化剂浆液装入喷枪，Nafion212膜平铺置于加热台升温至105℃，以氮气作为载气带出浆液，喷头气压设定为35psi，将催化剂均匀喷涂至Nafion212膜两侧。喷涂面积约为2cm×2cm，通过多次喷涂、称重，使阴极Pt载量0.2mgPt/cm2，阳极Pt载量为0.1mgPt/cm2。剪裁尺寸为2cm×2cm带有微孔层的碳纸作气体扩散层，进行预处理，预处理方法是：将碳纸浸入聚四氟乙烯乳液中，采用多次浸渍的方式使聚四氟乙烯的质量分数为25％，然后在马弗炉中以330℃煅烧30分钟，分别置于膜两侧，放入压片机在一定条件热压，热压条件为温度130℃，压力为6MPa，热压时间为7分钟，获得的CCM-MEA。
(2)将CCM-MEA安装至燃料电池夹具，采用石墨板为集流体，不锈钢板为端板，将CCM-MEA、集流体、不锈钢板和密封材料组装成单电池，连接气体和冷却水管道，检查气密性，开启燃料电池测试系统，打开冷却水泵和各气体阀门，首先通氮气进行吹扫，然后向单电池的阳极通入氢气，阴极通入氧气，并对在软件中进行设置，对H2、O2及电池进行加热，进行电池活化，直到在同一电流密度下电池电压变化小于2mV，活化条件为电池温度70℃；加湿度：阳极100％、阴极100％；气体流量：阳极/阴极＝1:2；压力：常压，活化时间为2小时。
具体调节步骤如下表1所示：
表1电池升温调节步骤
(3)升温完成后，保持向阳极通入氢气，阴极通入氧气的状态，通过设置控制软件，采用恒电流测试加速老化，并记录恒电流测试前后电池的放电曲线，具体方法为：启动燃料电池测试系统，在恒定的电流密度下保持电池运行一定时间，测试单电池的电流-电压曲线；
步骤K1：将膜电极与双极板及其他配件组装成燃料电池，对所述电池通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极评估前的极化性能曲线；
步骤K2：对电池堆的阴极侧通入空气，电池堆的阳极先通入H2，设置恒电流为400mA/cm2，运行运行时间为5小时。程序结束后关闭H2，从阳极出口处通入氮气对单电池内的氢气进行吹扫；
步骤K3：步骤K2测试结束后，对所述电池通入测试电流，记录电压值和功率值，测试电池评估后的极化性能曲线；
步骤K4：将恒电流测试前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果。将恒电流测试前后的极化性能曲线对照比较，获得图1所示膜电极的性能变化结果。
如图1所示400mA/cm2的电流密度条件下，PEMFC的初始电压为0.76V，随着恒定电流下的加速老化，PEMFC的初始电压下降至0.70V。如图2所示，电池输出功率密度也从0.812W/cm2降至0.528W/cm2，表明电池性能大幅下降。如果使这个方法继续运行，电池性能衰减效果会更加明显，并且只需要增加恒电流的大小和延长电流恒定时间，方法灵活、可调。进一步提取恒电流后的膜电极，测试其含水率与溶胀度(如表4、表5所示)，并进一步与初始Nafion212膜相关数据(如表2、表3)进行对比。结果表明，恒流5小时测试后，质子交换膜的含水率由原来的36.20％下降到了19.17％；溶胀度由原来的15.601％下降到7.205％。因此可以断定在燃料电池测试平台中，以恒定电流密度运行一段时间作为一个循环，再进一步每N次循环为一周期的动态寿命测试，是一种研究燃料电池膜电极寿命衰减的理想方法。
表2Nafion212膜的含水率Wu
表3Nafion212膜的溶胀率SR
表4恒流400mA/cm2运行5小时后膜电极的含水率Wu
表5恒流400mA/cm2运行5小时后膜电极的溶胀度SR
图3为未使用的洁净Nafion212膜的截面扫描电镜图，图4所示为实施例1燃料电池膜电极400mA/cm2恒流5h后膜电极的截面扫描电镜图。对比显示，400mA/cm2恒流5h后膜电极的厚度约为37μm，较之洁净Nafion212膜厚的53μm，厚度发生大幅减小。进一步佐证了该评价方法下，膜电极中水分和催化剂的流失。
实施例2：
与实施例1中步骤(1)和(2)一致，不同之处在于步骤(3)中完成活化后，采用多圈循环扫描法加速膜电极的老化，并记录电压值和功率值，具体步骤为：扫描电位区间为0.1～0.6V，扫描速率为175mV s-1，设置扫描4500圈。图5和图6分别为实施例2所述膜电极在电池环境状态下经4500圈循环伏安测试寿命前后性能极化曲线和功率密度对比图。经4500圈循环伏安测试后，电池性能衰减明显，最大功率密度下降比为24％。这是由于在燃料电池的环境下，随着循环伏安扫描圈数增加，膜电极中的Pt/C催化剂逐渐流失，导致催化剂失效，从而降低了电池的性能。实施例2所述评价方法耗时较少，膜电极性能衰减快，可以断定在电化学环境下的该耐久性评价测试是理想的寿命测试方法。
对比例1：
与实施例2中步骤一致，不同之处在于完成活化后，循环扫描圈数设置为18000圈。图7和图8分别为对比例1所述膜电极在电池环境状态下经18000圈循环伏安测试寿命前后性能极化曲线和功率密度对比图。经18000圈循环伏安测试后，电池性能衰减明显，但衰减程序与实施例2中电池衰减差别不大。因此，进一步提取18000圈循环扫描后膜电极测试其含水率和溶胀度(如表6、表7所示)。结果表明，18000圈循环扫描后，膜的含水率由原来的36.20％下降到了26.13％；溶胀度由原来的15.601％下降到4.599％。其原因可能是膜的机械性能特别是延伸性等发生了衰减，膜自身变得更干燥易裂，同时膜内供质子移动的通道变窄。
表6 18000圈循环扫描后膜电极的吸水率Wu
表7 18000圈循环扫描后膜电极的溶胀度SR
图9为对比例1燃料电池膜电极循环扫描18000圈后的截面扫描电镜图，载循环后催化层和质子交换膜均减薄了。说明循环扫描18000圈后催化层中碳载体和催化剂的流失，导致了电化学极化的增大。此外，膜内出现裂纹，这是因为燃料电池在动态循环下运行时发生碳腐蚀，因而出现流量分布不均或气体堵塞，导致电池性能大幅下降。
本发明公开了一种燃料电池用膜电极的制备及加速评估其耐久性的方法，燃料电池用膜电极的制备方法为将催化剂浆液均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机热压获得MEA备用，制备好的MEA安装至燃料电池夹具，升温对单电池进行活化；加速评估其耐久性的方法为恒电流测试评估和多圈循环扫描评估，将加速评估前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果，该方法能在工况条件测试后，将膜电极中质子交换膜单独分离出来，表征研究其老化现象及衰减程度，可以更深入地认识膜电极部件的耐久性，进而对各部分材料的耐久性研究提出指导方向，为探究质子交换膜燃料电池之质子交换膜耐久性与电池性能之间的关系提供基础，兼顾质子交换膜的物理化学性质评估和耐久性评估，本发明可在燃料电池用质子交换膜测试领域广泛推广。
至此，本领域技术人员认识到，虽然本文已详尽展示和描述了本发明的实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导符合本发明原理的许多其他变形或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变形或修改。
Claims (10)
1.一种燃料电池用膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：称取一定量催化剂及催化剂载体分散于异丙醇与Nafion溶液的混合溶液，充分混合超声后获得催化剂浆液，并将催化剂均匀喷涂至质子交换膜的两侧，使用带微孔层的碳纸作气体扩散层，分别置于膜两侧，放入压片机获得CCM-MEA备用；
步骤S2：将制备好的CCM-MEA安装至燃料电池夹具，氮气吹扫后向单电池的阳极通入氢气，阴极通入氧气，并对氢气、氧气及电池进行升温；升温完成后，保持向阳极通入氢气，阴极通入氧气的状态，通过改变控制软件数据，对单电池进行活化。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池用膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中制备CCM-MEA的具体方法为：
步骤S11：将催化剂及载体、Nafion溶液、溶剂超声均匀制备成浆液，浆液中各成分的质量比为催化剂及载体:Nafion溶液＝10:2～5；其中所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、乙醚、甘油或丙酮，溶剂使用量为40-100mL；
步骤S12：将质子交换膜置于超声喷涂仪的喷涂基台上，喷头置于所述质子交换膜上方，将喷涂基台加热至100～120℃，氮气作为载气带出所述催化剂浆料喷涂至所述膜电极上，喷头气压设定为30～40psi，阴极面喷涂完毕后，将质子交换膜进行翻面，对另一面进行喷涂阳极面得到所述CCM-MEA前体；其中阴极Pt载量为0.2mgPt/cm2，阳极Pt载量为0.1mgPt/cm2；
步骤S13：将步骤S12制备的CCM-MEA前体放置于预处理后的两张气体扩散层之间，然后放入压片机以压片方式获得CCM-MEA。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池用膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中催化剂是Pt、Pd、Ru或Ir贵金属；Pt与Pd、Ru、Ir、的二元合金PtPd、PtRu或PtIr；Pt与非贵金属Fe、Co或Ni形成的二元合金PtFe、PtCo或PtNi；Pt与非贵金属Fe、Co或Ni形成的三元合金PtM1M2，M1、M2为Fe、Co及Ni中任意两种金属元素的组合物，所述步骤S11中催化剂载体是碳载体，包括XC-72、XC-72R、Black Pearls 2000、乙炔黑、Ketjen Black系列导电碳黑和碳纳米管中的至少一种，所述步骤S13中所述的气体扩散层为碳纸和微孔层，采用韩日本东丽TORAY、德国SGL、武汉理工新能源WUT(10％)、WUT(20％)扩散层中的至少一种，所述步骤S12中所述的质子交换膜是具有磺酸基团的全氟磺酸质子树脂；非全氟化质子交换树脂；非氟聚合物质子交换树脂中的一种或者多种，其中具有磺酸基团的全氟磺酸质子树脂为Nafion212、Nafion115、Nafion117，非全氟化质子交换树脂为BAM3G膜，非氟聚合物质子交换树脂为磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚酰亚胺磺化聚磷腈、聚苯并咪唑或含氮杂环的质子交换膜，所述步骤S12中质子交换膜尺寸为2cm×2cm。
4.如权利要求2所述的一种燃料电池用膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中所述的气体扩散层的预处理方法是：将碳纸浸入聚四氟乙烯乳液中，采用多次浸渍的方式使聚四氟乙烯的质量分数为20～30％，然后在马弗炉中以320～340℃煅烧30分钟，所述压片方式为热压、冷压或直接接触中的一种，所述热压条件为温度70～180℃，压力为2～10MPa，热压时间为2～10分钟。
5.如权利要求1所述的一种燃料电池用膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的对单电池进行活化的具体方法为：
步骤S21：采用石墨板为集流体，不锈钢板为端板，将CCM-MEA、集流体、不锈钢板和密封材料组装成单电池，连接气体和冷却水管道，检查气密性；
步骤S22：对单电池进行活化，氮气吹扫后向单电池的阳极通入氢气，阴极通入氧气，并对氢气、氧气及电池进行升温；升温完成后，保持向阳极通入氢气，阴极通入氧气的状态，直到在同一电流密度下电池电压变化小于2mV，活化条件为电池温度70℃；加湿度：阳极100％、阴极100％；气体流量：阳极/阴极＝1:2；压力：常压，活化时间为1～3小时。
6.一种燃料电池用膜电极加速评估其耐久性的方法，其特征在于，所述方法包括恒电流测试评估法和多圈循环扫描评估法；
所述恒电流测试评估法具体方法为：
启动燃料电池测试系统，在恒定的电流密度下保持电池运行一定时间，测试单电池的电流-电压曲线；
步骤K1：将膜电极与双极板及其他配件组装成燃料电池，对所述电池通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极评估前的极化性能曲线；
步骤K2：对电池堆的阴极侧通入空气，电池堆的阳极先通入H2，设置恒定电流密度，预设时长，程序结束后关闭H2，从阳极出口处通入氮气对单电池内的氢气进行吹扫；
步骤K3：步骤K2测试结束后，对所述电池通入测试电流，记录电压值和功率值，测试电池评估后的极化性能曲线；
步骤K4：将恒电流测试前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果。
所述多圈循环扫描评估法具体为：
采用多圈循环扫描法加速膜电极的老化，对所述电池堆通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极的极化性能曲线测试单电池电流-电压曲线；
步骤L1：将膜电极与双极板及其他配件组装成燃料电池，对所述电池通入测试电流，待性能稳定后记录电压值和功率值，测试电池堆膜电极评估前的极化性能曲线；
步骤L2：对电池堆的阴极侧通入空气，电池堆的阳极先通入H2，采用恒电位仪对所述燃料电池进行循环伏安扫描操作，在固定电位范围内，采用固定的扫描速度扫描固定的圈数，程序结束后关闭H2，从阳极出口处通入氮气对单电池内的氢气进行吹扫；
步骤L3：步骤L2测试结束后，对所述电池通入测试电流，记录电压值和功率值，测试电池评估后的极化性能曲线；
步骤L4：将循环测试前后的极化性能曲线对照比较，获得膜电极的性能变化结果和耐久性评价结果。
7.如权利要求6所述的一种燃料电池用膜电极加速评估其耐久性的方法，其特征在于，所述步骤K2中，电流密度范围为200～500mA/cm2，预设时长为2～6小时。
8.如权利要求6所述的一种燃料电池用膜电极加速评估其耐久性的方法，其特征在于，所述步骤K4中，所述膜电极的性能变化结果还包括电池输出功率密度，质子交换膜含水率，质子交换膜溶胀度，膜电极厚度。
9.如权利要求6所述的一种燃料电池用膜电极加速评估其耐久性的方法，其特征在于，所述步骤L2中，所述循环伏安扫描范围为0.1～0.6V，扫描速率为175mV s-1，扫描圈数为4000～20000圈。
10.如权利要求6所述的一种燃料电池用膜电极加速评估其耐久性的方法，其特征在于，所述步骤L4中，所述所述膜电极的性能变化结果还包括电池输出功率密度，质子交换膜含水率，质子交换膜溶胀度，膜电极厚度。
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