图案化质子交换膜及其制作方法与制作系统及燃料电池与流程

本申请涉及燃料电池，更具体的说，涉及一种图案化质子交换膜及其制作方法与制作系统及燃料电池。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的装置，具有高能量转化效率、高功率密度、可低温启动等特点，同时没有温室气体排放，是一种新型环保清洁能源，有着广泛的应用前景。目前，随着气候、环境问题对碳排放要求的不断提高，开发高性能的新型高效的质子交换膜燃料电池已成为该领域的研究热点，另一方面，将新型高性能燃料电池量产化应用也十分重要。

2、质子交换膜作为燃料电池膜电极的核心部件，起到隔绝燃料、氧气的作用，同时提供了电化学反应的发生场所，目前，质子交换膜普遍采用平面结构，与催化层接触面积相对固定，电化学反应界面十分有限。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种图案化质子交换膜及其制作方法与制作系统及燃料电池，方案如下：

2、一种图案化质子交换膜的制作方法，包括：

3、制备软模板，所述软模板具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面具有用于增加表面积的三维微结构；

4、将所述第一表面贴合在基带板上；

5、在所述第二表面形成图案层，所述图案层覆盖所述三维微结构；

6、在所述图案层背离所述软模板的一侧表面贴合平面型质子膜，形成图案化质子交换膜；

7、将所述软模板与所述图案化质子交换膜分离。

8、优选的，在上述制作方法中，制备所述软模板的方法包括：

9、基于微纳加工工艺，在柔性基材层的一侧表面形成所需的三维微结构，以形成所述软模板。

10、优选的，在上述制作方法中，形成所述图案层的方法包括：

11、配制树脂溶液；

12、将所述树脂溶液涂布在所述第二表面；

13、对所述图案层进行第一次预处理，以将所述第二表面上的树脂溶液进行半固化。

14、优选的，在上述制作方法中，在所述图案层背离所述软模板的一侧表面贴合所述平面型质子膜的方法包括：

15、基于半固化的所述图案层贴合固定所述平面型质子膜。

16、优选的，在上述制作方法中，在将所述软模板与所述图案化质子交换膜分离之前，还包括：

17、对贴合有所述平面型质子膜的图案层进行第二次预处理，以增强所述图案层与所述平面型质子膜的粘接强度。

18、优选的，在上述制作方法中，采用树脂溶液形成所述图案层；

19、其中，所述树脂溶液中树脂材料的质量百分比浓度为0.1％～30％。

20、优选的，在上述制作方法中，在将所述软模板与所述图案化质子交换膜分离后，还包括：

21、在所述平面型质子膜背离所述图案层的一侧表面以及所述图案层背离所述平面型质子膜的一侧表面均形成催化层。

22、优选的，在上述制作方法中，所述三维微结构包括多个呈正六边形点阵排布的凸起结构。

23、优选的，在上述制作方法中，所述凸起结构在所述软模板所在平面上的横向尺寸范围是0.001μm-100μm。

24、本申请还提供了一种上述任一项所述制作方法制备的图案化质子交换膜，包括：

25、图案层，所述图案层在展平时，一侧表面为平面，另一侧表面具有三维图形结构；

26、贴合在所述图案层背离所述三维图形结构一侧表面的平面型质子膜。

27、优选的，在上述图案化质子交换膜中，所述三维图形结构包括多个正呈六边形点阵排布的凹槽。

28、优选的，在上述图案化质子交换膜中，所述图案层的厚度范围是0.1μm-100μm。

29、优选的，在上述图案化质子交换膜中，在所述平面型质子膜背离所述图案层的一侧表面以及所述图案层背离所述平面型质子膜的一侧表面均形成有催化层。

30、本申请还提供了一种燃料电池，包括上述任一项所述的图案化质子交换膜。

31、本申请还提供了一种图案化质子交换膜的制作系统，包括：

32、传输辊轮，用于带动基带板移动；

33、第一放卷辊轮，缠绕有成卷的软模板；所述软模板具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面具有用于增加表面积的三维微结构；

34、第一辊压轴，用于将所述第一放卷辊轮释放的软模板的第一表面与所述基带板贴合固定；所述软模板与所述基带板贴合固定后，随所述基带板同步运动，铺展平整；

35、涂布装置，用于在所述第二表面形成图案层；

36、第二放卷辊轮，缠绕有成卷的平面型质子膜；

37、第二辊压轴，用于将所述第二放卷辊轮释放的平面型质子膜与所述软模板表面上的图案层贴合固定，形成图案化质子交换膜；

38、第三辊压轴，用于将所述软模板与所述图案化质子交换膜分离；

39、第一收卷辊轮，用于将所述第三辊压轴分离的所述图案化质子交换膜收卷存放；

40、第二收卷辊轮，用于所述第三辊压轴分离的软模板收卷存放。

41、优选的，在上述制作系统中，在所述涂布装置与所述第二辊压轴之间具有第一预处理装置，用于将所述第二表面上的树脂溶液进行半固化；

42、在所述第二辊压轴与所述第三辊压轴之间具有第二预处理装置，用于增强所述图案层与所述平面型质子膜的粘接强度。

43、本申请技术方案提供的图案化质子交换膜及其制作方法与制作系统及燃料电池中，不仅能够基于相对贴合的基带板和软模板，增加图案化质子交换膜制程过程中膜层结构的强度，还能够基于软模板制备图案层，图案层具有与软模板的三维微结构互补的三维图形结构，在图案层与平面型质子膜贴合固定形成图案化质子交换膜后，将图案化质子交换膜与软模板分离，从而形成厚度较薄的图案化质子交换膜。

技术特征：

1.一种图案化质子交换膜的制作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，制备所述软模板的方法包括：

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成所述图案层的方法包括：

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述图案层背离所述软模板的一侧表面贴合所述平面型质子膜的方法包括：

5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，在将所述软模板与所述图案化质子交换膜分离之前，还包括：

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，采用树脂溶液形成所述图案层；

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在将所述软模板与所述图案化质子交换膜分离后，还包括：

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述三维微结构包括多个呈正六边形点阵排布的凸起结构。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述凸起结构在所述软模板所在平面上的横向尺寸范围是0.001μm-100μm。

10.一种如权利要求1-9任一项所述制作方法制备的图案化质子交换膜，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的图案化质子交换膜，其特征在于，所述图案层的厚度范围是0.1μm-100μm。

12.根据权利要求10所述的图案化质子交换膜，其特征在于，在所述平面型质子膜背离所述图案层的一侧表面以及所述图案层背离所述平面型质子膜的一侧表面均形成有催化层。

13.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求10-12任一项所述的图案化质子交换膜。

14.一种图案化质子交换膜的制作系统，其特征在于，包括：

15.根据权利要求14所述的制作系统，其特征在于，在所述涂布装置与所述第二辊压轴之间具有第一预处理装置，用于将所述第二表面上的树脂溶液进行半固化；

技术总结
本申请公开了一种图案化质子交换膜及其制作方法与制作系统及燃料电池，本申请技术方案不仅能够基于相对贴合的基带板和软模板，增加图案化质子交换膜制程过程中膜层结构的强度，还能够基于软模板制备图案层，图案层具有与软模板的三维微结构互补的三维图形结构，在图案层与平面型质子膜贴合固定形成图案化质子交换膜后，将图案化质子交换膜与软模板分离，从而形成厚度较薄的图案化质子交换膜。

技术研发人员：张雅琳,刘芳,侯中军
受保护的技术使用者：上海捷氢科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1