[发明专利]一种膜电极用胶粘剂及膜电极

说明书

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种膜电极用胶粘剂及膜电极。该种膜电极用胶粘剂，主要由胶粘剂本体和自由基捕捉剂组成。该种胶粘剂用于膜电极中不容易降解失效，有利于延长膜电极的使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种膜电极用胶粘剂及膜电极。

背景技术

膜电极(Membrane Electrode Assembly,MEA)是燃料电池的核心组件，主要由阳极气体扩散层、阳极催化剂层、质子交换膜、阴极催化剂层和阴极气体扩散层组成。

如图1，当前膜电极的主流封装方法：首先在质子交换膜的两端面分别涂布阳极催化剂层和阴极催化剂层，制备出具有三层结构的催化剂涂布膜4(CCM)；然后把催化剂涂布膜4的边缘与两个边框1、9的边缘通过胶粘剂粘接密封起来，形成一个五层组件；最后两层气体扩散层5、6分别通过胶粘剂来粘接边框，形成七层的膜电极。这种方法装配得到的膜电极属于具有双边框结构的膜电极。目前也有一些单边框的膜电极，例如专利文献号为CN111477912A的中国专利公开了一种膜电极封装结构及封装方法。无论是双边框结构的膜电极还是单边框结构的膜电极，其中都使用了胶粘剂，胶粘剂在膜电极中不仅起到粘接作用，还起到密封作用，因此胶粘剂的性能对膜电极的性能和使用寿命有很大影响。

发明内容

发明人发现导致膜电极失效很重要的一个原因是胶粘剂失效。通过研究发现，膜电极中胶粘剂失效的原因是：燃料电池运行过程中，如图2，在铂金催化剂的作用下，氢气和氧气在催化剂层里产生过氧化氢，过氧化氢与膜电极中的金属离子杂质反应产生自由基。自由基攻击胶粘剂的高分子链，使胶粘剂发生降解从而失效。胶粘剂降解失效不仅会导致膜电极气密性降低，而且胶粘剂降解产生的中间体或者产物可能会毒化燃料电池催化剂以及降解质子交换膜，进而影响膜电极的性能和使用寿命。基于此本发明提供一种膜电极用胶粘剂及膜电极，该种胶粘剂用于膜电极中不容易降解失效，有利于延长膜电极的使用寿命。

本发明提出的技术方案如下：

一种膜电极用胶粘剂，主要由胶粘剂本体和自由基捕捉剂组成。

进一步地，所述自由基捕捉剂包括以下(1)～(5)当中至少一种：(1)有机抗氧化剂；(2)Ce、Mn或Co的氧化物；(3)金属离子Ce³⁺、Ce⁴⁺、Mn²⁺、Mn⁴⁺、Co²⁺、Co³⁺的可溶性无机或者有机化合物；(4)含有金属或金属离子的有机氮杂冠醚类络合物；(5)铂纳米颗粒。

进一步地，所述自由基捕捉剂包括CeO₂、MnO₂、Mn₂O₃、CoO、CoO₂当中至少一种。

进一步地，自由基捕捉剂添加量是胶粘剂本体质量的0.01％～10％。

进一步地，自由基捕捉剂添加量是胶粘剂本体质量的0.5％～5％。

进一步地，所述胶粘剂本体为氨酯类高聚物、烯烃类高聚物、丙烯酸类高聚物、丙烯酸酯类高聚物或丙烯腈类高聚物。

进一步地，所述胶粘剂本体为热固化型胶粘剂、UV光照固化型胶粘剂或压力固化型胶粘剂。

一种膜电极，包括阳极气体扩散层、催化剂涂布膜、阴极气体扩散层和边框，阳极气体扩散层、催化剂涂布膜、阴极气体扩散层和边框通过胶粘剂粘接在一起，所述胶粘剂为上述的膜电极用胶粘剂。

有益效果：由于胶粘剂内含有自由基捕捉剂，自由基捕捉剂能够与自由基作用，形成可稳定存在的物质，从而使得高分子链不会被攻击降解失效，有利于延长膜电极的使用寿命。

附图说明

图1是具有双层边框的膜电极结构分解图；