[发明专利]用于质子交换膜燃料电池膜电极成型的夹具及质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种用于质子交换膜燃料电池膜电极成型的夹具及质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。 

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为电能的发电装置。相对于传统的能量转化系统，燃料电池具有诸多优点：如不受卡诺循环的限制，能量转化效率高；产物通常为水，对环境污染小。因此，燃料电池近年来受到越来越多的关注。 

在燃料电池中，质子交换膜燃料电池是采用甲醇、氢气和甲酸等燃料，通过一种由离子交换膜和催化剂电极组成的膜电极进行发电的装置。其中，氢氧质子交换膜燃料电池工作时，其发生的反应如下所示： 

阳极反应：H₂→2H⁺+2e； 

阴极反应：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O； 

总反应：H₂+1/2O₂→H₂O。 

在质子交换膜燃料电池中，膜电极是其核心组件之一。膜电极一般包括依次设置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层。目前，膜电极通常按照如下方法制备：首先分别在阳极扩散层、阴极扩散层表面制备阳极催化层、阴极催化层，分别得到催化剂阳极层、催化剂阴极层，然后将离子交换膜置于催化剂阳极层和催化剂阴极层之间，利用热压方法将其压为一体，从而得到膜电极。在此基础之上，现有技术从膜电极的结构、催化剂和离子交换膜等方面入手，提供了多种改进燃料电池电化学性能的方法，如申请号为200710144386.3的中国专利文献和申请号为200810046956.X的中国专利文献等。 

但是，现有技术均是直接采用传统的热压方法制备膜电极，如果 不引入高精度模压机，就会导致所得膜电极在粘结强度方面较差，影响其放电性能，不利于进一步提升质子交换膜燃料电池的电化学性能。 

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于质子交换膜燃料电池膜电极成型的夹具及质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。本发明制备得到的膜电极的放电性能优异，制备方法简便易行，无需引入昂贵的模压设备。 

本发明提供一种用于质子交换膜燃料电池膜电极成型的夹具，包括： 

平行放置的第一平板和第二平板，所述第一平板与第二平板之间的空间为置物区； 

所述第一平板和第二平板均设有通孔，螺丝杆通过所述通孔连接所述第一平板和第二平板； 

所述第一平板设有螺丝孔，紧定螺丝杆通过所述螺丝孔顶紧所述第二平板。 

优选的，所述螺丝杆的扭矩为0.5N·m～5N·m。 

优选的，所述第一平板的通孔至少为四个，对称分布于所述第一平板的四个边角处。 

优选的，所述第一平板的螺丝孔至少为四个，对称分布于所述第一平板的边缘区。 

优选的，所述第一平板为钢板或合金铝板，所述第二平板为钢板或合金铝板。 

本发明还提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括： 

将阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜层、阴极催化层、阴极扩散层依次放置于平行放置的第一平板和第二平板之间，所述第一平板和第二平板均设有通孔，螺丝杆通过所述通孔连接所述第一平板和第二平板； 

将所述螺丝杆的扭矩设置为0.5N·m～5N·m，所述第一平板设有 螺丝孔，紧定螺丝杆通过所述螺丝孔顶紧所述第二平板，完成固定； 

将所述固定后的第一平板、第二平板，以及第一平板与第二平板之间依次放置的阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜层、阴极催化层、阴极扩散层于140℃～250℃进行加热，2min～30min后，得到质子交换膜燃料电池膜电极。 

优选的，所述加热的温度为180℃～210℃。 

优选的，所述加热的时间为10min～20min。 

优选的，所述第一平板为钢板或合金铝板，所述第二平板为钢板或合金铝板。 

优选的，所述阳极扩散层为碳纸或碳布，所述阴极扩散层为碳纸或碳布，所述阳极催化层的阳极催化剂为PtRu黑催化剂或PtRu/C催化剂，所述阴极催化层的阴极催化剂为Pt黑催化剂或Pt/C催化剂。