燃料电池质子交换膜制备工艺

　　　燃料电池质子交换膜制备工艺

　　（1）清洗涂膜夹具，用脱脂棉蘸无水乙醇将夹具及垫圈（见图1（a））清洗干净。

　　

　　（2）将质子交换膜装于夹具上，在底座上放上一块密封垫，见图1（b）；然后放上质子交换膜，见图1（c）；再放上一块圆孔密封垫，见图1（d）。

　　（3）将夹具面板盖上，见图1（e）；然后用螺丝将膜夹紧，见图1（f）；将配好的催化剂浆料均匀涂在膜上（此时膜会发生卷曲，属正常现象），用电吹风吹干，见图1（g）。

　　（4）将膜从夹具上取下反转，重复涂覆催化剂步骤。

　　燃料电池质子交换膜制备方法

　　1、传统法

　　传统法是在磷酸盐燃料电池的基础上发展起来的。该方法具体制备工艺是：将Pt/C电催化剂与经稀释的PTFE溶液（或粉末）混合，制得分散均匀的催化剂浆料，采用喷涂的方法在扩散层的表面制备催化层，然后在80°C的真空烘箱中烘干，以便除去催化层中的有机溶剂。再将稀释过的Nafion溶液浸渍或喷涂在催化层的表面上，在80‘C的真空烘箱中烘干;最后将电极与质子交换膜进行热压成型制得MEA。

　　采用该方法制备的MEA，由于采用PTFE作为疏水剂，利于气体的传质。催化层可以制备得较厚，为30~50um左右。缺点是：Nafion溶液通常难以充分得进入催化层内与催化剂充分接触，Nafion一。般只能渗入催化层10μm左右，使得催化剂的利用率较低，一般在10%~20%左右。其次采用PTFE作为疏水剂，不利于电子、质子的传导;同时，催化层与质子交换膜的膨胀系数不同，质子交换膜在失水或吸水的情况下收缩、膨胀较为严重，极易与催化层分离造成电极的界面电阻增大，电性能衰减严重。

　　2、薄层电极法

　　美国洛斯阿拉莫斯实验室提出了薄层电极法，目的主要是为了克服传统电极催化层与质子交换膜膨胀不匹配的问题。该方法的主要特点“是在催化层中不添加憎水剂PTFE，而采用亲水剂Nafion溶液作为粘结剂和质子导体。具体制备方法为：首先将经稀释的5%的Nafion溶液与Pt/C电催化剂混合，其质量比为3:1左右。再向其中加入水与甘油，将Pt/C:H2O：甘油的质量比控制在1:5：20，超声波震荡均匀后，多次涂到预处理过的PTFE膜上，在130C下烘干，然后将带有催化层的PTFE薄膜与质子交换膜热压，并脱离PTFE膜，将催化层转移到质子交换膜上。最后，将两片支撑层碳纸与其结合就构成了薄层电极。

　　3、真空沉积法

　　真空沉积法通常包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射。真空沉积法所制备的电极性能在很大程度上依赖于溅射的基底的制备，不同溅射工艺对性能的影响不大。基底的预处理主要是用PTFE和碳粉浸渍多孔基底工艺。采用溅射的方法制作催化层，对降低Pt载量、提高催化剂的利用和增大电极的面积比功率都有明显的效果，但该方法制备的燃料电池中生成的水不容易排出，而且它不适合电极的大批量生产，成本也较高。