[发明专利]一种膜电极的批量生产方法及其制作模具

说明书

技术领域

    本发明涉及膜电极的生产技术领域，具体为一种膜电极的批量生产方法。

背景技术

膜电极结构包括五部分：中间的固态质子交换膜、质子交换膜两侧的阳极催化层和阴极催化层以及最外侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层，即，催化层总是置于质子交换膜和同侧气体扩散层之间。

基于膜电极的上述结构，其制备方法一般有两种：

第一种为在膜上涂覆催化剂再热压的工艺：即先在一片质子交换膜的两侧分别涂覆阳极催化层和阴极催化层，再分别制备一片阳极气体扩散层和一片阴极气体扩散层，最后将阳极气体扩散层、两侧涂覆催化层的质子交换膜、阴极气体扩散层依次叠加后热压，形成膜电极；

第二种方法为在气体扩散层上涂覆催化剂再热压的工艺：即分别制备阳极气体扩散层和阴极气体扩散层，而后分别在阳极扩散层上涂覆阳极催化层、阴极扩散层上涂覆阴极催化层，最后，将一片涂覆阳极催化层的阳极气体扩散层、一片质子交换膜、一片涂覆阴极催化层的阴极气体扩散层依次叠加热压形成膜电极。

采用上述两种方法制造膜电极，膜电极在生产过程中只能一片一片地生产，因此存在很多重复劳动，工效很低；此外，膜电极的生产过程中最主要的是涂覆的过程，因此，一片一片生产膜电极时，每一片膜电极都要经过单独的涂覆，这势必造成膜电极之间性能的差异。

中国公开号：CN1276633，公开日：2000年12月13日申请号：CN00121124.2，申请日：2000.07.27，发明专利申请名称：一片膜上含有多个膜电极的燃料电池及其制备方法，公开了一种在一片膜上含有多个膜电极的制备方法，其通过将含有多个几何形状的模板置于一片质子交换膜上，然后通过模板的几何图形把催化层浆料涂覆在质子交换膜上，最后通过热压的方法生产出一片膜上含有多片膜电极。

该制备方法存在如下不足：

首先，通过有几何图形的模板涂覆催化剂浆料，若为了保证不浪费催化剂，则必须在一个几何形状中涂覆完催化剂，再到另一个区域中涂覆催化剂，其本质还是一片一片制备膜电极，因此有很多重复步骤，浪费工时；若为了节省时间，而对所有几何形状同时涂覆催化剂，即涂覆的区域也包括了把各个几何形状隔开的模板的间歇部分，不言而喻，这势必浪费很多催化剂；

其次，在质子交换膜上涂覆催化剂的最大缺点是在涂覆过程中质子交换膜或多或少会发生无规则的收缩变形，因此当一个面涂覆完成后，将质子交换膜翻转再涂覆另一个面时会发生两种情况，即，情况1：膜收缩引起模板的各几何形状区域大于已涂覆的催化层区域，情况2：模板中的几何形状的区域与已涂覆的催化层区域错位，以上两种情况都会引起整个电化学活性区域减小，从而浪费材料，同时电池的实际输出功率达不到设计值；

再次，对于两侧催化层完全对应、不错位的涂覆催化剂的膜，由于阳极气体扩散层和阴极气体扩散层与催化层的面积相同，且涂覆催化剂后膜不透明了，这也会造成膜电极热压时，下侧气体扩散层与下侧催化层之间对齐较困难，因此，膜电极热压后，容易造成上下侧气体扩散层之间错位；

最后，同时在一片膜上热压多至100片膜电极时，由于上下侧的气体扩散层都没有定位装置，因此，就会造成装配困难，甚至会引起多片膜电极上下侧气体扩散层都发生错位的严重后果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种膜电极的批量生产方法，其批量化生产，不仅节约工时、节约原材料，而且膜电极结构的五部分之间对位精确，性能稳定。

一种膜电极的批量生产方法，其技术方案是这样的：

其特征在于：

其加工方法如下:

（1）制备面积相同的阳极气体扩散层、阴极气体扩散层；

（2）在所述的阳极气体扩散层的表面涂覆阳极催化层形成阳极气体扩散电极、在所述的阴极气体扩散层的表面涂覆阴极催化层形成阴极气体扩散电极；

（3）将所述的阳极气体扩散电极、阴极气体扩散电极剪裁成尺寸相同、数量相同的小片阳极气体扩散电极、小片阴极气体扩散电极；

（4）将所述的小片阳极气体扩散电极、小片阴极气体扩散电极分别置于热压模具框片的各个上框开口、下框开口之中，所述上框开口、下框开口的尺寸确保所述的小片阳极气体扩散电极、小片阴极气体扩散电极不易发生相对位移，所述上框开口、下框开口对应于垂直方向的同一位置，上框、下框之间平铺有质子交换膜；

（5）将整个热压模具放入热压机中热压后并取出，制备出一张膜上有多张膜电极的连体膜电极结构；

（6）将连体膜电极结构从相邻的单个膜电极的质子交换膜的中间位置处分隔开，等分成若干片膜电极。

其进一步特征在于：