CN114824352A - 一种具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法及膜电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体公开了一种具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法及膜电极，包括将单面附着保护纸的热熔胶薄膜切成中空框，形成热熔胶膜框，将两张热熔胶膜框分别放在CCM的两面，对齐后在滚压机上进行滚压，将PEN膜切成中空框，形成PEN保护框，扩散层的长宽大于CCM的催化层的长宽，将阳极扩散层和阴极扩散层分别与CCM的阳极催化层和阴极催化层对应放置，将两张PEN保护框分别套在阳极扩散层和阴极扩散层的外围，使用热压机进行热压，得到具有保护框的膜电极。本发明部分热熔胶膜压在扩散层底部，对电解质膜起到了保护作用，同时增强了抵抗扩散层与PEN保护框接缝处对电解质膜的剪切应力的能力，有效地提高了膜电极的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法及膜电极。
背景技术
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，由一张电解质膜两面分别涂敷阳极催化层和阴极催化层的CCM(三合一)与阳极扩散层和阴极扩散层构成(五合一)。为了降低欧姆电阻，提高水管理特性，目前通常使用的电解质厚度已经降低到了10μm左右。因此，为了在膜电极与双极板四周实现气体和液体密封，就需要在膜电极四周附加增强保护框，使密封件压在保护框上，而不是超薄的电解质膜上。
保护框通常使PEN膜，这样PEN膜与扩散层之间就有一个接缝，接缝下面就是超薄的电解质膜，在质子交换膜燃料电池工作过程中，受到温度变化和压力变化的影响，接缝处会产生一定的剪切应力，不断的温度与压力波动导致此处的电解质膜疲劳受损，从而形成漏气的风险，降低膜电极使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法及膜电极，以克服现有技术中电解质膜容易因接缝处的剪切应力而受损的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，包括以下步骤：
S1.将单面附着保护纸的热熔胶薄膜切成中空框，形成热熔胶膜框，其外框与质子交换膜燃料电池双极板大小相同，其内框与CCM的催化层大小相同；
S2.将两张热熔胶膜框分别放在CCM的两面，热熔胶膜框无保护纸的一面面向CCM，对齐后在滚压机上进行滚压，使热熔胶膜框与CCM粘在一起；
S3.将PEN膜切成中空框，形成PEN保护框，其外框与双极板大小相同，其内框与扩散层大小相同，扩散层的长宽大于CCM的催化层的长宽；
S4.将阳极扩散层和阴极扩散层分别与所述S2中得到的CCM的阳极催化层和阴极催化层对应放置，将两张PEN保护框分别套在阳极扩散层和阴极扩散层的外围，使用热压机进行热压，得到具有保护框的膜电极。
优选地，所述S1中，热熔胶膜框的厚度为40μm-50μm。
优选地，所述S2中，滚压机的滚压温度为40°-50°。
优选地，所述S3中，PEN保护框的厚度与扩散层的厚度相同。
优选地，所述S3中，PEN保护框的厚度比扩散层的厚度薄30μm-100μm。
优选地，所述S3中，扩散层的长宽均比CCM的催化层的长宽多出1mm-2mm。
优选地，所述S4中，热压机的热压温度为110°-130°，热压压强为0.05Mpa-0.1Mpa，热压时间为6s-10s，热压至50°以下后取出。
优选地，还包括S5，利用冲剪机对S4中的膜电极用冲出用于气体和液体进出的公用管道孔。
本发明还提供了一种膜电极，由所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法制成。
本发明的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法及膜电极部分热熔胶膜压在扩散层底部，对电解质膜起到了保护作用，同时增强了抵抗扩散层与PEN保护框接缝处对电解质膜的剪切应力的能力，有效地提高了膜电极的使用寿命。扩散层直接同时粘结到CCM上，不用再独立涂胶粘结，简化了工艺。PEN保护框不用预涂热熔胶，降低了材料成本，简化了制作工艺。
附图说明
图1为本发明实施例的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法中S1的示意图；
图2为本发明实施例的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法中S2的示意图；
图3为本发明实施例的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法中S3的示意图；
图4为本发明实施例的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法中S4的示意图；
图5为本发明实施例的膜电极的截面示意图。
图中，1：CCM；11：催化层；2：热熔胶膜框；3：扩散层；4：PEN保护框；5：热压机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本实施例的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，包括以下步骤：
S1.将单面附着保护纸的热熔胶(EVA)薄膜切成中空框，形成热熔胶膜框2，其外框与质子交换膜燃料电池双极板大小相同，其内框与CCM1的催化层11(即设在电解质膜上的阳极催化层和阴极催化层)大小相同，如图1所示，热熔胶膜框2的厚度为40μm-50μm。
S2.将两张热熔胶膜框2分别放在CCM1的两面，热熔胶膜框2无保护纸的一面面向CCM1，对齐后在滚压机上进行滚压，使热熔胶膜框2与CCM1粘在一起，如图2所示，滚压机的滚压温度为40°-50°，这样热熔胶受热后，形成微粘性，使热熔胶膜框2与CCM1固定在一起。
S3.将PEN膜切成中空框，形成PEN保护框4，其外框与双极板大小相同，其内框与扩散层3(包括阳极扩散层和阴极扩散层)大小相同，扩散层3的长宽大于CCM1的催化层11的长宽，PEN保护框4的厚度可以与扩散层3的厚度相同，如图3所示，PEN保护框4的厚度也可以比扩散层3的厚度薄30μm-100μm，扩散层3的长宽均比CCM1的催化层11的长宽多出1mm-2mm，这样能使扩散层3的外边缘粘结在热熔胶膜框2内边缘的上侧，如图5所示。
S4.将阳极扩散层和阴极扩散层分别与所述S2中得到的CCM1(即粘有热熔胶膜框2的CCM1)的阳极催化层和阴极催化层对应放置，将两张PEN保护框4分别套在阳极扩散层3和阴极扩散层3的外围，使用热压机5进行热压，得到具有保护框的膜电极，如图4所示，热压机5的热压温度为110°-130°(热熔胶熔融温度)，热压压强为0.05Mpa-0.1Mpa，热压时间为6s-10s，热压至50°以下后取出。热熔胶膜框2同时粘结电解质膜与扩散层3和PEN保护框4，扩散层3与PEN保护框4的接缝处底下有一层溶胶，起到了增厚电解质膜的作用，提高了电解质膜局部抗剪切应力的能力。
S5.利用冲剪机对S4中的膜电极用冲出用于气体和液体进出的公用管道孔。
本实施例的膜电极由所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法制成。
本发明的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法及膜电极部分热熔胶膜压在扩散层底部，对电解质膜起到了保护作用，同时增强了抵抗扩散层与PEN保护框接缝处对电解质膜的剪切应力的能力，有效地提高了膜电极的使用寿命。扩散层直接同时粘结到CCM上，不用再独立涂胶粘结，简化了工艺。PEN保护框不用预涂热熔胶，降低了材料成本，简化了制作工艺。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (9)
1.一种具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将单面附着保护纸的热熔胶薄膜切成中空框，形成热熔胶膜框，其外框与质子交换膜燃料电池双极板大小相同，其内框与CCM的催化层大小相同；
S2.将两张热熔胶膜框分别放在CCM的两面，热熔胶膜框无保护纸的一面面向CCM，对齐后在滚压机上进行滚压，使热熔胶膜框与CCM粘在一起；
S3.将PEN膜切成中空框，形成PEN保护框，其外框与双极板大小相同，其内框与扩散层大小相同，扩散层的长宽大于CCM的催化层的长宽；
S4.将阳极扩散层和阴极扩散层分别与所述S2中得到的CCM的阳极催化层和阴极催化层对应放置，将两张PEN保护框分别套在阳极扩散层和阴极扩散层的外围，使用热压机进行热压，得到具有保护框的膜电极。
2.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，所述S1中，热熔胶膜框的厚度为40μm-50μm。
3.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，所述S2中，滚压机的滚压温度为40°-50°。
4.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，所述S3中，PEN保护框的厚度与扩散层的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，所述S3中，PEN保护框的厚度比扩散层的厚度薄30μm-100μm。
6.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，所述S3中，扩散层的长宽均比CCM的催化层的长宽多出1mm-2mm。
7.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，所述S4中，热压机的热压温度为110°-130°，热压压强为0.05Mpa-0.1Mpa，热压时间为6s-10s，热压至50°以下后取出。
8.根据权利要求1所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法，其特征在于，还包括S5，利用冲剪机对S4中的膜电极用冲出用于气体和液体进出的公用管道孔。
9.一种膜电极，其特征在于，由权利要求1-8中任何一项所述的具有保护框的燃料电池膜电极的制作方法制成。
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