CN211578891U - 一种膜电极中间体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极中间体，包括质子交换膜、第一催化剂层和第二催化剂层，所述第一催化剂层复合于所述质子交换膜的一面，所述第二催化剂层复合于所述质子交换膜的另一面，所述第一催化剂层和/或所述第二催化剂层的表面设置有支撑膜。相比于现有技术，本实用新型的膜电极中间体能解决现有技术中质子交换膜起皱的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极中间体。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池具有零排放、无振动噪音、负荷响应性好、高可靠度等优点。燃料电池通常可分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸碳燃料电池、固态氧化物燃料电池以及质子交换膜燃料电池等；其中，质子交换膜燃料电池能量转化效率高，可以在室温下快速启动，并且无电解水流失，寿命长，近年来发展迅速，越来越受到重视。
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极通常由一质子交换膜和分别设置在该质子交换膜两表面的电极组成。通常，电极又包括催化剂层和气体扩散层，且催化剂层设置在气体扩散层与质子交换膜之间。其中，催化剂层的制备方法有两种，一种是直接法，将催化剂浆料直接涂在质子交换膜上，另一种是间接法，先将催化剂浆料涂覆在转移介质上，然后通过热压将催化剂层固定在质子交换膜上。直接法虽然操作简单，但是催化剂浆料中含有低级醇类溶剂，质子交换膜遇到这类溶剂后会产生溶胀起皱，导致催化剂浆料的直接涂覆困难，特别是在质子交换膜的完成第二面的涂覆时。而间接法虽然能解决质子交换膜的溶胀起皱的问题，但是在转印过程中，质子交换膜缺乏支撑，受热受压后会出现失水收缩，同样会造成质子交换膜起皱。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种膜电极中间体，以解决质子交换膜起皱的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种膜电极中间体，包括质子交换膜、第一催化剂层和第二催化剂层，所述第一催化剂层复合于所述质子交换膜的一面，所述第二催化剂层复合于所述质子交换膜的另一面，所述第一催化剂层和/或所述第二催化剂层的表面设置有支撑膜。第一催化剂层和第二催化剂层中，其中一者为阳极催化剂层，另一者为阴极催化剂层。
使用时，只需剥离支撑膜，在第一催化剂层的边缘贴设第一边框膜，在第二催化剂层的边缘贴设第二边框膜，即可得到膜电极。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，还包括转印膜，所述转印膜既设置于所述支撑膜与所述第一催化剂层之间又设置于所述支撑膜与所述第二催化剂层之间。使用时，将支撑膜以及转印膜一同剥离，在第一催化剂层的边缘贴设第一边框膜，在第二催化剂层的边缘贴设第二边框膜，即可得到膜电极。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，还包括转印膜，所述第一催化剂层的表面由内到外依次设置有所述转印膜和所述支撑膜，所述第二催化剂层的表面设置有所述转印膜。使用时，将支撑膜以及转印膜一同剥离，在第一催化剂层的边缘贴设第一边框膜，在第二催化剂层的边缘贴设第二边框膜，即可得到膜电极。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述支撑膜为覆有粘结层的薄膜，薄膜包括但不限于PET膜、BOPP膜、PTFE膜、ETFE膜、FEP膜、PMP膜、PE膜、PVC膜、EVA膜、PC膜、ABS膜、PS膜、PMMA膜中的任意一种或者其中至少两种组成的复合膜。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述转印膜为离型膜，离型膜包括但不限于PET离型膜、BOPP离型膜、PTFE离型膜、ETFE离型膜、FEP离型膜、PMP离型膜、PE离型膜、PVC离型膜、EVA离型膜、PC离型膜、ABS离型膜、PS离型膜、PMMA离型膜中的任意一种或者其中至少两种组成的复合膜。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述支撑膜的厚度为10～500μm。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述转印膜的厚度为10～500μm。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述质子交换膜包括但不限于全氟磺酸树脂质子交换膜、磺化聚苯基喹喔啉质子交换膜、磺化聚联苯酚质子交换膜、聚苯并咪唑质子交换膜、聚醚醚酮质子交换膜、磺化聚醚醚酮质子交换膜、磺化聚砜质子交换膜、磺化聚醚砜质子交换膜或者沉积有全氟磺酸树脂的多孔PTFE复合质子交换膜。质子交换膜只要是具有导氢质子功能的薄膜即可。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述第一催化剂层和所述第二催化剂层的厚度为0.5～100μm。
作为本实用新型所述的膜电极中间体的一种改进，所述第一催化剂层和第二催化剂层中含有贵金属催化剂或碳载贵金属催化剂，其中，贵金属含量为0.01～1mg/cm2，贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的至少一种，或者贵金属为为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的至少一种与Co、Ni或Mn形成的二元以上合金。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：
1)本实用新型的膜电极中间体在第一催化剂层和/或第二催化剂层表面设置有支撑膜，在膜电极中间体的制备过程中，其与质子交换膜形成良好的粘结支撑，能防止质子交换膜在热压作用下因失水而造成起皱。
2)本实用新型的膜电极中间体不仅设置有支撑膜还设置有转印膜，转印膜设置于支撑膜与催化剂层之间，或者转印膜裸露设置于催化剂层表面，在膜电极中间体的制备过程中，转印膜起到加强支撑催化剂层的作用，而支撑膜则起到与质子交换膜形成粘结支撑作用，能防止质子交换膜在热压作用下因失水而造成起皱。
附图说明
图1是本实用新型中实施例1的结构示意图。
图2是本实用新型中实施例2的结构示意图。
图3是本实用新型中实施例3的结构示意图。
图4是本实用新型中实施例4的结构示意图。
其中：1-质子交换膜，2-第一催化剂层，3-第二催化剂层，4-支撑膜，5-转印膜。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1所示，一种膜电极中间体，包括质子交换膜1、第一催化剂层2和第二催化剂层3，第一催化剂层2复合于质子交换膜1的一面，第二催化剂层3复合于质子交换膜1的另一面，第一催化剂层2的表面设置有支撑膜4。第一催化剂层2和第二催化剂层3中，一者为阳极催化剂层，另一者为阴极催化剂层。
制备膜电极中间体的方法包括但不限于：将第一催化剂层2和第二催化剂层3分别热压转印于质子交换膜1的表面，然后再将支撑膜4贴设于第一催化剂层2的表面。
使用时，只需剥离支撑膜4，在第一催化剂层2的边缘贴设第一边框膜，在第二催化剂层3的边缘贴设第二边框膜，即可得到膜电极。
优选的，支撑膜4为覆有粘结层的薄膜，薄膜包括但不限于PET膜、BOPP膜、PTFE膜、ETFE膜、FEP膜、PMP膜、PE膜、PVC膜、EVA膜、PC膜、ABS膜、PS膜、PMMA膜中的任意一种或者其中至少两种组成的复合膜。
优选的，转印膜5为离型膜，离型膜包括但不限于PET离型膜、BOPP离型膜、PTFE离型膜、ETFE离型膜、FEP离型膜、PMP离型膜、PE离型膜、PVC离型膜、EVA离型膜、PC离型膜、ABS离型膜、PS离型膜、PMMA离型膜中的任意一种或者其中至少两种组成的复合膜。
优选的，支撑膜4的厚度为10～500μm。
优选的，转印膜5的厚度为10～500μm。
优选的，质子交换膜1包括但不限于全氟磺酸树脂质子交换膜、磺化聚苯基喹喔啉质子交换膜、磺化聚联苯酚质子交换膜、聚苯并咪唑质子交换膜、聚醚醚酮质子交换膜、磺化聚醚醚酮质子交换膜、磺化聚砜质子交换膜、磺化聚醚砜质子交换膜或者沉积有全氟磺酸树脂的多孔PTFE复合质子交换膜。质子交换膜1只要能满足可导氢质子即可，质子交换膜1多为全氟、部分氟化或者非氟质子交换膜。
优选的，第一催化剂层2和第二催化剂层3的厚度为0.5～100μm。
优选的，第一催化剂层2和第二催化剂中含有贵金属催化剂或碳载贵金属催化剂，其中，贵金属含量为0.01～1mg/cm2，贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的至少一种，或者贵金属为为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的至少一种与Co、Ni或Mn形成的二元以上合金。
实施例2
如图2所示，与实施例1不同的是：第一催化剂层2的表面和第二催化剂层3的表面均设置有支撑膜4。
制备膜电极中间体的方法包括但不限于：将第一催化剂层2和第二催化剂层3分别热压转印于质子交换膜1的表面，然后再将支撑膜4贴设于第一催化剂层2和第二催化剂层3的表面。
其余同实施例，这里不再赘述。
实施例3
如图3所示，与实施例1不同的是：本实施例的膜电极中间体还包括转印膜5，转印膜5既设置于支撑膜4与第一催化剂层2之间又设置于支撑膜4与第二催化剂层3之间。
制备膜电极中间体的方法包括但不限于：将复合有转印膜5的第一催化剂层2连接于支撑膜，然后将质子交换膜1转印于第一催化剂层2的表面，再将复合有转印膜5的第二催化剂层3转印于质子交换膜1的表面，最后再将支撑膜4贴设于转印膜5的表面。
使用时，将支撑膜4以及转印膜5一同剥离，在第一催化剂层2的边缘贴设第一边框膜，在第二催化剂层3的边缘贴设第二边框膜，即可得到膜电极。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
如图4所示，与实施例1不同的是：本实施例的膜电极中间体还包括转印膜5，第一催化剂层2的表面由内到外依次设置有转印膜5和支撑膜4，第二催化剂层5的表面设置有转印膜5。
制备膜电极中间体的方法包括但不限于：将复合有转印膜5的第一催化剂层2连接于支撑膜，然后将质子交换膜1转印于第一催化剂层2的表面，最后将复合有转印膜5的第二催化剂层3转印于质子交换膜1的表面。
使用时，将支撑膜4以及转印膜5一同剥离，在第一催化剂层2的边缘贴设第一边框膜，在第二催化剂层3的边缘贴设第二边框膜，即可得到膜电极。
其余同实施例1，这里不再赘述。
上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种膜电极中间体，其特征在于：包括质子交换膜、第一催化剂层和第二催化剂层，所述第一催化剂层复合于所述质子交换膜的一面，所述第二催化剂层复合于所述质子交换膜的另一面，所述第一催化剂层和/或所述第二催化剂层的表面设置有支撑膜。
2.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：还包括转印膜，所述转印膜既设置于所述支撑膜与所述第一催化剂层之间又设置于所述支撑膜与所述第二催化剂层之间。
3.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：还包括转印膜，所述第一催化剂层的表面由内到外依次设置有所述转印膜和所述支撑膜，所述第二催化剂层的表面设置有所述转印膜。
4.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：所述支撑膜为覆有粘结层的薄膜。
5.根据权利要求2所述的膜电极中间体，其特征在于：所述转印膜为离型膜。
6.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：所述支撑膜的厚度为10~500μm。
7.根据权利要求2所述的膜电极中间体，其特征在于：所述转印膜的厚度为10~500μm。
8.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：所述质子交换膜包括全氟磺酸树脂质子交换膜、磺化聚苯基喹喔啉质子交换膜、磺化聚联苯酚质子交换膜、聚苯并咪唑质子交换膜、聚醚醚酮质子交换膜、磺化聚醚醚酮质子交换膜、磺化聚砜质子交换膜、磺化聚醚砜质子交换膜或者沉积有全氟磺酸树脂的多孔PTFE复合质子交换膜。
9.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：所述第一催化剂层和所述第二催化剂层的厚度为0.5~100μm。
10.根据权利要求1所述的膜电极中间体，其特征在于：所述第一催化剂层和第二催化剂层中含有贵金属催化剂或碳载贵金属催化剂。
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|---|---|---|---|---|
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