CN1255891C - 气体扩散电极的连续干嵌制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于电化学电池零部件制作技术领域的燃料电池中的气体扩散电极的连续干嵌制作工艺。将含催化碳的干粉直接地制备成气体扩散电极工艺是将粉料制备膏状物，经过过滤，干燥即形成为干嵌制作工艺的干粉，均匀预热于干嵌器容器中；再将集流体连续均匀、上下居中通过干嵌容器，粉料经螺旋分散器均匀地分散于集流体的两侧，在干嵌器内压制成电极形状；极片在半封闭的加热腔体中，经热处理烧结并轧制；再经纵向或横向切割成适合的大小形状。电极的最终厚度在0.5～0.7mm范围内。气体扩散电极可以连续干嵌制作，效率高，一致性好，成本低。这种电极的工作电流密度可高达200mA/cm2，适合于大功率放电的应用场合。良好的电极机械强度使之能够在大功率放电场合长期工作。

Description

气体扩散电极的连续干嵌制作工艺
技术领域
本发明属于电化学电池零部件制作技术领域，特别涉及燃料电池中气体扩散电极的连续干嵌制作工艺。
技术背景
气体扩散电极广泛应用于氯碱工业，气敏传感器及燃料电池等。以燃料电池为例，氢氧或金属空燃料电池通过放置在合适电解质中的阳极(氢极或金属极如锌，铝等)和空气阴极组成的电化学对来产生电能。空气电极必须既可扩散和渗透空气，又同时必须充分疏水，以保证液体电解液不会渗露出来，同时还要混合导电材料以用于收集电子形成外部电路。美国专利No.4129633揭示了一种使用干粉分散于传动的涂敷基质上来制备气体扩散电极的方法。其中不利的因素在于需要使用相对复杂的多级干粉分散设备，并且难以保证干粉均匀地分散于基质上。Soloman等人的美国专利No.4339325描述了另一种气体扩散电极及相关的制备方法。该项技术描述了多孔的，粘结在一起的，非烧结的，单轴定向的支撑层，该层具有0.1～40微米开孔的聚四氟乙烯纤维。该层被用作气体扩散电极的支撑层。然而，这层支撑层不能满足苛刻应用条件下的结构和强度要求。美国专利No.4615954揭示了另一种氧气阴极的组成：基本由混合加固并且热烧结过的碳黑及以四氟乙烯疏水聚合物为粘结剂构成的防水层，内部还含有至少一种不等轴电导加强材料以提高电极的导电性。美国专利No.4877694和No.4927514中揭示是多层的并且具有内层粘结加强的电极，含有由疏水聚合物组成的多孔气体补给层的空气电极，其上面的电解活性层由疏水卤化聚合物与具备催化活性炭的颗粒紧密粘结在一起组成，该活性层中的疏水聚合物颗粒具备粘结剂的功能。所有这些专利依赖于一种相对复杂，多步的电极制备过程。此外，美国专利No.4885217和美国专利No.6368751等揭示了另一种连续涂布工艺来制备空气阴极，该空气阴极由泡沫状的集流体，分别与液体电解液与空气接触的表面相对的两层碳层及可选的疏水微孔层压制在一起形成。该项制备工艺的发明也同样要求制备出具有流动性好的碳浆，然而一致性的制备要求多步的质量控制，因而也是不经济的。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产燃料电池中的气体扩散电极的连续干嵌制作工艺，其特征在于：直接将含催化碳的干粉制备成气体扩散电极的工艺如下：
1.粉料制备：将375g的碳粉放入4L的烧杯中，接着按顺序加入100g KMnO4粉末、2500g去离子水、25g的TritonX-100及1g的聚乙烯醇混合后，在75℃下激烈搅拌30分钟，接着冷却到30℃；再加入360g的telfonT-30，并充分搅拌，形成膏状物；膏状物经过过滤，干燥及细粉处理而成为干嵌制作工艺的干粉；所述TritonX-100为聚氧乙烯基辛基苯酚醚，telfonT-30为60％重量比浓度的聚四氟乙烯乳液；
2.粉料在预热温度为75℃下，均匀预热于干嵌器容器中；
3.集流体连续均匀、上下居中通过干嵌容器，
4.粉料经螺旋分散器均匀地分散于集流体的两侧，在干嵌器内压制成极片形状；
5.将上述极片放在半封闭的加热腔体中，经200-350℃的热处理，烧结并轧制；
6.极片的一面与具有微孔的PTFE的气体扩散膜的一面在250～350℃下滚压热合，压力为每平方英寸100磅，压制成厚度0.5-0.8毫米的电极形状，压合平整；
7.再经纵向或横向切割成适合的大小形状。电极的最终厚度在0.5～0.7mm范围内。
本发明的有益效果是燃料电池中的气体扩散电极可以连续干嵌制作，效率高，一致性好，成本低。这种电极的工作电流密度可高达200mA/cm2，适合于大功率放电的应用场合。良好的电极机械强度使之能够在大功率放电场合长期工作。
具体实施方式
本发明提供一种生产燃料电池中的气体扩散电极的连续干嵌制作工艺。直接将含催化碳的干粉制备成气体扩散电极的工艺如下：
1.粉料制备：将375g的碳粉放入4L的烧杯中，接着按顺序加入100g KMnO4粉末、2500g去离子水、25g的TritonX-100及1g的聚乙烯醇混合后，在75℃下激烈搅拌30分钟，接着冷却到30℃；再加入360g的telfonT-30，并充分搅拌，形成膏状物；膏状物经过过滤，干燥及细粉处理而成为干嵌制作工艺的干粉；所述TritonX-100为聚氧乙烯基辛基苯酚醚，telfonT-30为60％重量比浓度的聚四氟乙烯乳液；
2.粉料在预热温度为75℃下，均匀预热于干嵌器容器中；
3.集流体连续均匀、上下居中通过干嵌容器，
4.粉料经螺旋分散器均匀地分散于集流体的两侧，在干嵌器内压制成极片形状；
5.极片在半封闭的加热腔体中，经200-350℃的热处理，烧结并轧制；
6.极片的一面与具有微孔的PTFE的气体扩散膜的一面在250～350℃下滚压热合，压力为每平方英寸100磅，压制成厚度0.5-0.8毫米的电极形状，压合平整；
7.再经纵向或横向切割成适合的大小形状。电极的最终厚度在0.5～0.7mm范围内。
以上所描述的主要是关于气体扩散电极的制备工艺，同样适应于其它电化学电池的电极制备，如锌空气电池中的锌电极的制备，镍氢电池中的镍电极和金属氢电极的制备等等，均可采用类似的干嵌生产工艺制备，属于本发明技术范围内。

Claims (1)

1.一种生产燃料电池中的气体扩散电极的连续干嵌制作工艺，其特征在于：气体扩散电极制备工艺如下：
1)粉料制备：将375g的碳粉放入4L的烧杯中，接着按顺序加入100g KMnO4粉末、2500g去离子水、25g的TritonX-100及1g的聚乙烯醇混合后，在75℃下激烈搅拌30分钟，接着冷却到30℃；再加入360g的telfonT-30，并充分搅拌，形成膏状物；膏状物经过过滤，干燥及细粉处理而成为干嵌制作工艺的干粉；所述TritonX-100为聚氧乙烯基辛基苯酚醚，telfonT-30为60％重量比浓度的聚四氟乙烯乳液；
2)粉料在预热温度为75℃下，均匀预热于干嵌器容器中；
3)集流体连续均匀、上下居中通过干嵌容器；
4)粉料经螺旋分散器水平均匀地分散于集流体的两侧，在干嵌器内压制成电极形状；
5)极片在半封闭的加热腔体中，经200-350℃的热处理，烧结并轧制；
6)极片的一面与具有微孔的PTFE的气体扩散膜的一面在250-350℃下滚压热合，压力为每平方英寸100磅，压制成厚度0.5-0.8毫米的电极形状，压合平整；
7)再经纵向或横向切割成适合的大小形状，电极的最终厚度在0.5～0.7mm范围内。
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