[发明专利]一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，先在质子交换膜一侧贴合一层薄膜支撑体，另一侧涂布催化剂浆料干燥得到催化剂层，然后在催化剂层一侧贴合薄膜支撑体，将另一侧薄膜支撑体剥离，再在该侧涂布催化剂浆料干燥得到催化剂层，然后去掉剩下的薄膜支撑体即制得膜电极组件；本方法有效地解决了催化剂浆料直接涂布时质子交换膜的溶胀和变形的缺点，工艺简单快捷，生产成本低，易于规模化生产等优点。

技术领域

本发明属于燃料电池膜电极领域，具体涉及到一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种能将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能的能量转化装置。燃料电池具有能量转化效率高、无废气排放等特点，被认为是解决能源危机和环境污染的最具前景的方案之一，特别是交通运输如汽车、船舶和备用电源等方面极具应用前景。正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的开发与应用备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净高效发电方式。

目前膜电极制备方法按其催化剂层涂布工艺方式和过程不同，一般可分为间接法制备膜电极和直接法制备膜电极，其中直接法制备膜电极一直被视为实现膜电极大规模高效便捷的生产方法，但该方法仍存在两个问题：（1）催化剂浆料直接涂布到质子交换膜上时会引起膜收缩或溶胀；（2）催化剂浆料涂布过程需要将质子交换膜进行加热吸附，工艺操作复杂，不利于放大生产。

因此，寻找直接将催化剂浆料涂布质子交换膜上的方法，对于提升膜电极及燃料电池成本具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，以解决湿浆液直接喷涂到膜上时引起膜收缩或膨胀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，步骤为：

（1）在质子交换膜一侧的底部水平放置一层薄膜支撑体，使薄膜支撑体和质子交换膜紧密贴合；

（2）将催化剂浆料涂布于质子交换膜的另一侧，干燥以去除催化剂层中的溶剂；

（3）另选一薄膜支撑体与质子交换膜有催化剂层的一侧水平紧密贴合在一起，再剥离质子交换膜未有催化剂层一侧的薄膜支撑体；

（4）将催化剂浆料涂布于质子交换膜未有催化剂层的一侧，干燥以去除催化剂层中溶剂，然后剥离薄膜支撑体，即制得膜电极组件。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的催化剂浆料是全氟磺酸树脂溶液、醇和碳载贵金属的混合物，其固含量为2～20wt％。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其贵金属为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上。或者为Pt、Ru、Ir、Au、Ag、Pd中的一种或两种以上与Co、Ni、或Mn形成的二元以上合金。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其醇为甲醇、丙醇、异丙醇、正丙醇和丙三醇中的任一种。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其薄膜支撑体是表面张力系数为18～45mN/m的聚酯材料、聚四氟乙烯材料、聚乙烯材料或聚氯乙烯材料；厚度为50～200μm。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其质子交换膜的厚度为10～120μm。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的干燥温度为25～95℃，干燥时间为5～30min。

所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备方法，其步骤（2）和步骤（4）中的干燥方式为热空气、红外、微波中的一种或两种以上。