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      一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及其制備方法與流程

      文檔序號(hào):11837698閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

      技術(shù)特征:

      1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆,其特征在于:它是由多個(gè)堆疊在一起的電池單元經(jīng)前端板、后端板壓緊后,用螺桿栓緊形成的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆;

      所述的電池單元包括:膜電極組件,二片壓制有流場(chǎng)的金屬雙極板,所述的膜電極組件封裝在兩片金屬雙極板的內(nèi)側(cè),每塊金屬雙極板與膜電極組件接觸的表面至少有一條流道;

      所述的膜電極組件是由有以下方法制成的:在陰極電極和陽(yáng)極電極的兩端分別設(shè)有溝槽,將陰極電極、質(zhì)子交換膜和陽(yáng)極電極依次疊加,溝槽內(nèi)放入密封圈進(jìn)行線密封,再熱壓制成;所述的陰極電極是由氣體擴(kuò)散層和陰極催化劑負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上形成的陰極催化劑層組成的,所述的陽(yáng)極電極是由氣體擴(kuò)散層和陽(yáng)極催化劑負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上形成的陽(yáng)極催化劑層組成的;

      所述的氣體擴(kuò)散層是由以下制備方法制得:碳紙或炭布用5~10%PTFE乳液浸泡,在330~370℃烘干,將由碳粉、水、醇和PTEF乳液制成的混合物負(fù)載到處理過(guò)的碳紙或炭布上形成負(fù)載量為2~5mg/cm2的微孔層,自然干燥后在330~370℃先干燥20~60分鐘形成氣體擴(kuò)散層;

      所述的陰極催化劑層是由以下制備方法制得:將陰極催化劑混合物負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上得到陰極催化劑層,Pt負(fù)載量2~6mg/cm2,優(yōu)選為4~6mg/cm2,陰極催化劑層的厚度為10~200微米;所述的陰極催化劑為Pt/石墨烯;

      所述的陽(yáng)極催化劑層是由以下制備方法制得:將陽(yáng)極催化劑混合物負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上得到陽(yáng)極催化劑層,PtRu負(fù)載量2~6mg/cm2,優(yōu)選為2~4mg/cm2,陽(yáng)極催化劑層的厚度為10~200微米;所述的陽(yáng)極催化劑為PtRu/石墨烯或PtRu/C;

      所述的熱壓溫度為60~200℃,熱壓的壓力為0.1~10MPa,熱壓時(shí)間為1~10分鐘。

      2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆,其特征在于:碳紙或炭布用5%PTFE乳液浸泡,在330~340℃烘干;由碳粉、水、醇和PTEF乳液超聲分散制成混合物,將經(jīng)過(guò)處理的碳紙或炭布放到墨水狀混合物中,超聲波振蕩,將混合物均勻地負(fù)載到處理過(guò)的碳紙或炭布上形成負(fù)載量為3mg/cm2的微孔層,自然干燥后在330~340℃干燥30分鐘形成氣體擴(kuò)散層。

      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆,其特征在于:所述的陰極催化劑混合物是由陰極催化劑、水、全氟磺酸樹(shù)脂溶液與醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例混合,超聲分散得到的;所述的全氟磺酸樹(shù)脂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是5%~10%。

      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆,其特征在于:所述的陽(yáng)極催化劑混合物是由陽(yáng)極催化劑、水、全氟磺酸樹(shù)脂溶液與醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例 混合,超聲分散制成乳液;所述的全氟磺酸樹(shù)脂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是5%~10%。

      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆,其特征在于:所述的熱壓溫度為125~135℃,壓力為3~5MPa,熱壓時(shí)間為2~3分鐘。

      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆,其特征在于:所述的質(zhì)子交換膜為全氟磺酸型質(zhì)子交換膜Nafion115、Nafion112、Nafion117、Nafion1035中的一種;

      所述的醇為乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種。

      7.一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的制備方法,其特征在于包括以下步驟:

      (1)、制備膜電極組件:在陰極電極和陽(yáng)極電極的兩端分別設(shè)有溝槽,將陰極電極、質(zhì)子交換膜和陽(yáng)極電極依次疊加,溝槽內(nèi)放入密封圈進(jìn)行線密封,再進(jìn)行熱壓;所述的熱壓溫度為60~200℃,熱壓的壓力為0.1~10MPa,熱壓時(shí)間為1~10分鐘;

      (2)、將膜電極組件封裝在兩片金屬雙極板的內(nèi)側(cè)形成電池單元;

      (3)、將多個(gè)電池單元順序疊加,堆疊在一起的電池單元經(jīng)前端板、后端板壓緊后,用螺桿栓緊形成的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆。

      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的制備方法,其特征在于所述的陰極電極是由氣體擴(kuò)散層和陰極催化劑負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上形成的陰極催化劑層組成的,所述的陽(yáng)極電極是由氣體擴(kuò)散層和陽(yáng)極催化劑負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上形成的陽(yáng)極催化劑層組成的;

      所述的氣體擴(kuò)散層是由以下制備方法制得的:碳紙或炭布用5~10%PTFE乳液浸泡,在330~370℃烘干;碳粉:水:醇:5~10%PTFE乳液按質(zhì)量比1:5:20:0.33~1混合,超聲波分散制成混合物,將制得的上述混合物負(fù)載到前述處理過(guò)的碳紙或炭布上形成負(fù)載量為2~5mg/cm2的微孔層,自然干燥后在330~370℃先干燥20~60分鐘形成氣體擴(kuò)散層;

      所述的陰極催化劑層是由以下制備方法制得的:將陰極催化劑混合物負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上得到陰極催化劑層,陰極催化劑負(fù)載量2~6mg/cm2,陰極催化劑層的厚度為10~200微米;所述的陰極催化劑為Pt/石墨烯;

      所述的陽(yáng)極催化劑層是由以下制備方法制得:將陽(yáng)極催化劑混合物負(fù)載在氣體擴(kuò)散層上得到陽(yáng)極催化劑層,陽(yáng)極催化劑負(fù)載量2~6mg/cm2,陽(yáng)極催化劑層的厚度為10~200微米;所述的陽(yáng)極催化劑為PtRu/石墨烯或PtRu/C。

      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的制備方法,其特征在于所述的陰極催化劑混合物是由陰極催化劑、水、全氟磺酸樹(shù)脂溶液與醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例混合,超聲分散得到的;所述的全氟磺酸樹(shù)脂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是5%~10%;

      所述的陽(yáng)極催化劑混合物是由陽(yáng)極催化劑、水、全氟磺酸樹(shù)脂溶液與醇按照1g:5g: 0.33~1g:20ml的比例混合,超聲分散制成乳液;所述的全氟磺酸樹(shù)脂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是5%~10%。

      10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的制備方法,其特征在于所述的熱壓溫度為125~135℃,壓力為3~5MPa,熱壓時(shí)間為2~3分鐘;

      所述的質(zhì)子交換膜為全氟磺酸型質(zhì)子交換膜Nafion115、Nafion112、Nafion117、Nafion1035中的一種;

      所述的醇為乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種。

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