一种燃料电池膜电极边框制备方法与流程

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池膜电极边框制备方法。

背景技术：

离子交换膜燃料电池(以下称为燃料电池)，是一种不经卡诺循环，利用燃料(氢气)与氧化剂(一般采用空气)的电化学反应，将化学能直接转化为电能的发电装置。膜电极组件(mea)是燃料电池的核心部件，在燃料电池的工作过程中，膜电极需要有效地将燃料与氧化剂阻隔开，防止燃料与氧化剂混合直接发生化学反应，极端情况下甚至可能引起爆炸，或者燃料与氧化剂的互相渗漏引起的电池发电效率下降和寿命的衰减。然而，燃料电池所使用的离子交换膜机械强度较弱，并且在使用过程中会吸收一定的水分而膨胀变形，不得于密封；制作边框可以提高电极有效面积之外的膜的强度，并稳定膜电极尺寸，一种有效的燃料电池膜电极边框制备方法可以大大提升燃料电池的运行可靠性和寿命。膜电极边框制备，如专利cn200520046588.0所述，可解决电极密封问题，但操作较为繁琐；如专利cn201310732881.1，操作比较简单，但所述方法为面面式压合，使用压敏胶进行边框制作很容易带入大量气泡，制作边框稳定性欠佳。本发明专利的目的是提出一种密封可靠、简便易行、无气泡的膜电极边框的密封办法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池膜电极边框制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池膜电极边框制备方法，包括以下步骤：

(1)取切割完成的离子交换膜置于底板的定位加工区域上，铺平；

(2)取切割好的压敏胶膜边框以胶层面朝外安置在滚辊表面并铺平，滚辊沿底板滚动，使得离子交换膜与压敏胶膜边框粘合，并制成半成品；

(3)将步骤(2)中的半成品的胶层面朝上放置在底板的定位加工区域，取另一层切割好的压敏胶膜边框以胶层面朝外安置在复位的滚辊表面并铺平，滚辊重复沿底板滚动，使得半成品与另一层压敏胶膜边框粘合，即得到膜电极边框。

作为优选的实施方案，所述的底板和滚辊上分布有致密的真空微孔，所述真空微孔连接外部的抽真空装置。

作为更优选的实施方案，所述的真空微孔的直径不小于0.5mm。

作为更优选的实施方案，所述的滚辊的辊壁由内外两层材料制成，其中，内层材质为金属、硬塑料或碳，外层材质为硅胶、橡胶、海绵或聚氨酯。

作为更优选的实施方案，所述的底板和滚辊上还设有对应的起点位定位线、边框定位区域和离子交换膜定位区域，所述的底板上还设有供滚辊行进的直线卡槽。

作为优选的实施方案，滚辊的尺寸满足：其径向周长不小于压敏胶膜边框的长度。

作为优选的实施方案，所述的膜电极边框中，离子交换膜置入两层压敏胶膜边框之间的深度不少于4mm。

作为优选的实施方案，步骤(2)和步骤(3)中，膜电极边框的粘合方式为线接触式滚动压合。

作为优选的实施方案，步骤(1)中所述的离子交换膜为空白离子交换膜或者完成催化层制备的离子交换膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)操作简单，整个膜电极边框的大部分区域仅由2层压敏胶膜边框组成，而与离子交换膜结合部位则由两层压敏胶膜边框和不小于4mm宽度的离子交换膜组成，因此，在制备时，只需要将滚辊和底板等组成的装置滚压两次即可完成膜电极边框制备。

(2)由于膜电极边框的粘合为线接触式滚动压合，边框可靠使用，边框之间无气泡产生，且制成的边框的一致性好。

(3)高效，封边框的速度快，手工操作可以满足小批量生产的需要，大批量生产时容易放大，并在此基础上实现自动化。

(4)节能，使用压敏胶制备电极边框，无需加热，能耗上比传统封边框方式大大降低。

附图说明

图1为本发明的底板的结构示意图；

图2为本发明的滚辊的剖面示意图；

图中，1-吸真空口，2-底板起点位定位线，3-底板边框定位区域，4-底板离子交换膜定位区域，5-真空微孔a，6-滚辊卡槽，7-滚辊内层，8-滚辊外层，9-真空微孔b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

用于电动汽车用离子交换膜电极制备。

将切割好的空白离子交换膜或者完成催化层制备的离子交换膜放置在图1所示的底板的离子交换膜定位区域4内，打开与底板上的吸真空口1连接的外部抽真空装置。

将去除离型纸的压敏胶膜边框(胶层朝上)放在滚辊的边框外尺寸定位区域3中，打开外部真空装置，对齐滚辊中的起点定位线和底板起点定位线2，手动推动滚辊，将压敏胶膜边框与离子交换膜粘合在一起，离子交换膜置入压敏胶膜边框的深度不少于4mm。

单层压敏胶膜边框与离子交换膜的粘合的半成品以压敏胶层朝上放置在底板边框定位区域3中，打开真空装置，将另一层压敏胶膜边框去除离型纸放置在滚辊边框定位区域中，重复半成品的操作步骤完成第二层边框的粘合。

实施例2

用于开放式燃料电池膜电极的制备

将切割好的空白离子交换膜或者完成催化层制备的离子交换膜放置在图1所示的底板的离子交换膜定位区域4内，打开与底板上的吸真空口1连接的外部抽真空装置。

将去除离型纸的压敏胶膜边框(胶层朝上)放在滚辊的边框外尺寸定位区域3中，打开外部真空装置，对齐滚辊中的起点定位线和底板起点定位线2，手动推动滚辊，将压敏胶膜边框与离子交换膜粘合在一起，离子交换膜置入压敏胶膜边框的深度不少于4mm。

单层压敏胶膜边框与离子交换膜的粘合的半成品以压敏胶层朝上放置在底板边框定位区域3中，打开真空装置，将另一层压敏胶膜边框去除离型纸放置在滚辊边框定位区域中，重复半成品的操作步骤完成第二层边框的粘合。

实施例3

用于直接甲醇燃料电池膜电极的制备。

将切割好的空白离子交换膜或者完成催化层制备的离子交换膜放置在图1所示的底板的离子交换膜定位区域4内，打开与底板上的吸真空口1连接的外部抽真空装置。

将去除离型纸的压敏胶膜边框(胶层朝上)放在滚辊的边框外尺寸定位区域3中，打开外部真空装置，对齐滚辊中的起点定位线和底板起点定位线2，手动推动滚辊，将压敏胶膜边框与离子交换膜粘合在一起，离子交换膜置入压敏胶膜边框的深度不少于4mm。

单层压敏胶膜边框与离子交换膜的粘合的半成品以压敏胶层朝上放置在底板边框定位区域3中，打开真空装置，将另一层压敏胶膜边框去除离型纸放置在滚辊边框定位区域中，重复半成品的操作步骤完成第二层边框的粘合。

实施例4

采用自制的装置进行燃料电池膜电极边框制备，其中，边框制定装置主要包括底板和滚辊，在底板上规划设置底板起点位定位线2、底板边框定位区域3、底板离子交换膜定位区域4，底板上还布置有真空微孔a5，并通过吸真空口1连接外部抽真空装置，同时，在底板上还设有供滚辊行进的滚辊卡槽6。滚辊分为内外两层，其中，滚辊内层7的材质选用金属、硬塑料或碳，滚辊外层8采用硅胶、橡胶、海绵或聚氨酯制成，在滚辊上同样分布有真空微孔b9。滚辊对应底板位置设有起点位定位线、边框定位区域和离子交换膜定位区域。

上述的真空微孔a和真空微孔b的直径均不小于0.5mm。

具体的制备方法包括以下步骤：

(1)取切割完成的空白离子交换膜或者完成催化层制备的离子交换膜置于底板离子交换膜定位区域4上，铺平，开启抽真空装置准备下一步工作；

(2)取切割好的压敏胶膜边框以胶层面朝外真空吸附于滚辊表面的边框定位区域并铺平，手动转动滚辊，使其沿底板滚动，进而使得离子交换膜与压敏胶膜边框粘合，并制成半成品；

(3)将步骤(2)中的半成品的胶层面朝上放置在底板边框定位区域3，取另一层切割好的压敏胶膜边框以胶层面朝外安置在复位的滚辊表面的边框定位区域并铺平，重复步骤(2)的动作，使得半成品与另一层压敏胶膜边框粘合，即得到膜电极边框。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。