本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種燃料電池膜電極邊框制備方法。

背景技術(shù)：

離子交換膜燃料電池(以下稱為燃料電池)，是一種不經(jīng)卡諾循環(huán)，利用燃料(氫氣)與氧化劑(一般采用空氣)的電化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。膜電極組件(mea)是燃料電池的核心部件，在燃料電池的工作過(guò)程中，膜電極需要有效地將燃料與氧化劑阻隔開(kāi)，防止燃料與氧化劑混合直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，極端情況下甚至可能引起爆炸，或者燃料與氧化劑的互相滲漏引起的電池發(fā)電效率下降和壽命的衰減。然而，燃料電池所使用的離子交換膜機(jī)械強(qiáng)度較弱，并且在使用過(guò)程中會(huì)吸收一定的水分而膨脹變形，不得于密封；制作邊框可以提高電極有效面積之外的膜的強(qiáng)度，并穩(wěn)定膜電極尺寸，一種有效的燃料電池膜電極邊框制備方法可以大大提升燃料電池的運(yùn)行可靠性和壽命。膜電極邊框制備，如專利cn200520046588.0所述，可解決電極密封問(wèn)題，但操作較為繁瑣；如專利cn201310732881.1，操作比較簡(jiǎn)單，但所述方法為面面式壓合，使用壓敏膠進(jìn)行邊框制作很容易帶入大量氣泡，制作邊框穩(wěn)定性欠佳。本發(fā)明專利的目的是提出一種密封可靠、簡(jiǎn)便易行、無(wú)氣泡的膜電極邊框的密封辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種燃料電池膜電極邊框制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種燃料電池膜電極邊框制備方法，包括以下步驟：

(1)取切割完成的離子交換膜置于底板的定位加工區(qū)域上，鋪平；

(2)取切割好的壓敏膠膜邊框以膠層面朝外安置在滾輥表面并鋪平，滾輥沿底板滾動(dòng)，使得離子交換膜與壓敏膠膜邊框粘合，并制成半成品；

(3)將步驟(2)中的半成品的膠層面朝上放置在底板的定位加工區(qū)域，取另一層切割好的壓敏膠膜邊框以膠層面朝外安置在復(fù)位的滾輥表面并鋪平，滾輥重復(fù)沿底板滾動(dòng)，使得半成品與另一層壓敏膠膜邊框粘合，即得到膜電極邊框。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的底板和滾輥上分布有致密的真空微孔，所述真空微孔連接外部的抽真空裝置。

作為更優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的真空微孔的直徑不小于0.5mm。

作為更優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的滾輥的輥壁由內(nèi)外兩層材料制成，其中，內(nèi)層材質(zhì)為金屬、硬塑料或碳，外層材質(zhì)為硅膠、橡膠、海綿或聚氨酯。

作為更優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的底板和滾輥上還設(shè)有對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)位定位線、邊框定位區(qū)域和離子交換膜定位區(qū)域，所述的底板上還設(shè)有供滾輥行進(jìn)的直線卡槽。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，滾輥的尺寸滿足：其徑向周長(zhǎng)不小于壓敏膠膜邊框的長(zhǎng)度。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的膜電極邊框中，離子交換膜置入兩層壓敏膠膜邊框之間的深度不少于4mm。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(2)和步驟(3)中，膜電極邊框的粘合方式為線接觸式滾動(dòng)壓合。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(1)中所述的離子交換膜為空白離子交換膜或者完成催化層制備的離子交換膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)操作簡(jiǎn)單，整個(gè)膜電極邊框的大部分區(qū)域僅由2層壓敏膠膜邊框組成，而與離子交換膜結(jié)合部位則由兩層壓敏膠膜邊框和不小于4mm寬度的離子交換膜組成，因此，在制備時(shí)，只需要將滾輥和底板等組成的裝置滾壓兩次即可完成膜電極邊框制備。

(2)由于膜電極邊框的粘合為線接觸式滾動(dòng)壓合，邊框可靠使用，邊框之間無(wú)氣泡產(chǎn)生，且制成的邊框的一致性好。

(3)高效，封邊框的速度快，手工操作可以滿足小批量生產(chǎn)的需要，大批量生產(chǎn)時(shí)容易放大，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

(4)節(jié)能，使用壓敏膠制備電極邊框，無(wú)需加熱，能耗上比傳統(tǒng)封邊框方式大大降低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的底板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的滾輥的剖面示意圖；

圖中，1-吸真空口，2-底板起點(diǎn)位定位線，3-底板邊框定位區(qū)域，4-底板離子交換膜定位區(qū)域，5-真空微孔a，6-滾輥卡槽，7-滾輥內(nèi)層，8-滾輥外層，9-真空微孔b。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

用于電動(dòng)汽車用離子交換膜電極制備。

將切割好的空白離子交換膜或者完成催化層制備的離子交換膜放置在圖1所示的底板的離子交換膜定位區(qū)域4內(nèi)，打開(kāi)與底板上的吸真空口1連接的外部抽真空裝置。

將去除離型紙的壓敏膠膜邊框(膠層朝上)放在滾輥的邊框外尺寸定位區(qū)域3中，打開(kāi)外部真空裝置，對(duì)齊滾輥中的起點(diǎn)定位線和底板起點(diǎn)定位線2，手動(dòng)推動(dòng)滾輥，將壓敏膠膜邊框與離子交換膜粘合在一起，離子交換膜置入壓敏膠膜邊框的深度不少于4mm。

單層壓敏膠膜邊框與離子交換膜的粘合的半成品以壓敏膠層朝上放置在底板邊框定位區(qū)域3中，打開(kāi)真空裝置，將另一層壓敏膠膜邊框去除離型紙放置在滾輥邊框定位區(qū)域中，重復(fù)半成品的操作步驟完成第二層邊框的粘合。

實(shí)施例2

用于開(kāi)放式燃料電池膜電極的制備

將切割好的空白離子交換膜或者完成催化層制備的離子交換膜放置在圖1所示的底板的離子交換膜定位區(qū)域4內(nèi)，打開(kāi)與底板上的吸真空口1連接的外部抽真空裝置。

將去除離型紙的壓敏膠膜邊框(膠層朝上)放在滾輥的邊框外尺寸定位區(qū)域3中，打開(kāi)外部真空裝置，對(duì)齊滾輥中的起點(diǎn)定位線和底板起點(diǎn)定位線2，手動(dòng)推動(dòng)滾輥，將壓敏膠膜邊框與離子交換膜粘合在一起，離子交換膜置入壓敏膠膜邊框的深度不少于4mm。

單層壓敏膠膜邊框與離子交換膜的粘合的半成品以壓敏膠層朝上放置在底板邊框定位區(qū)域3中，打開(kāi)真空裝置，將另一層壓敏膠膜邊框去除離型紙放置在滾輥邊框定位區(qū)域中，重復(fù)半成品的操作步驟完成第二層邊框的粘合。

實(shí)施例3

用于直接甲醇燃料電池膜電極的制備。

將切割好的空白離子交換膜或者完成催化層制備的離子交換膜放置在圖1所示的底板的離子交換膜定位區(qū)域4內(nèi)，打開(kāi)與底板上的吸真空口1連接的外部抽真空裝置。

將去除離型紙的壓敏膠膜邊框(膠層朝上)放在滾輥的邊框外尺寸定位區(qū)域3中，打開(kāi)外部真空裝置，對(duì)齊滾輥中的起點(diǎn)定位線和底板起點(diǎn)定位線2，手動(dòng)推動(dòng)滾輥，將壓敏膠膜邊框與離子交換膜粘合在一起，離子交換膜置入壓敏膠膜邊框的深度不少于4mm。

單層壓敏膠膜邊框與離子交換膜的粘合的半成品以壓敏膠層朝上放置在底板邊框定位區(qū)域3中，打開(kāi)真空裝置，將另一層壓敏膠膜邊框去除離型紙放置在滾輥邊框定位區(qū)域中，重復(fù)半成品的操作步驟完成第二層邊框的粘合。

實(shí)施例4

采用自制的裝置進(jìn)行燃料電池膜電極邊框制備，其中，邊框制定裝置主要包括底板和滾輥，在底板上規(guī)劃設(shè)置底板起點(diǎn)位定位線2、底板邊框定位區(qū)域3、底板離子交換膜定位區(qū)域4，底板上還布置有真空微孔a5，并通過(guò)吸真空口1連接外部抽真空裝置，同時(shí)，在底板上還設(shè)有供滾輥行進(jìn)的滾輥卡槽6。滾輥分為內(nèi)外兩層，其中，滾輥內(nèi)層7的材質(zhì)選用金屬、硬塑料或碳，滾輥外層8采用硅膠、橡膠、海綿或聚氨酯制成，在滾輥上同樣分布有真空微孔b9。滾輥對(duì)應(yīng)底板位置設(shè)有起點(diǎn)位定位線、邊框定位區(qū)域和離子交換膜定位區(qū)域。

上述的真空微孔a和真空微孔b的直徑均不小于0.5mm。

具體的制備方法包括以下步驟：

(1)取切割完成的空白離子交換膜或者完成催化層制備的離子交換膜置于底板離子交換膜定位區(qū)域4上，鋪平，開(kāi)啟抽真空裝置準(zhǔn)備下一步工作；

(2)取切割好的壓敏膠膜邊框以膠層面朝外真空吸附于滾輥表面的邊框定位區(qū)域并鋪平，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)滾輥，使其沿底板滾動(dòng)，進(jìn)而使得離子交換膜與壓敏膠膜邊框粘合，并制成半成品；

(3)將步驟(2)中的半成品的膠層面朝上放置在底板邊框定位區(qū)域3，取另一層切割好的壓敏膠膜邊框以膠層面朝外安置在復(fù)位的滾輥表面的邊框定位區(qū)域并鋪平，重復(fù)步驟(2)的動(dòng)作，使得半成品與另一層壓敏膠膜邊框粘合，即得到膜電極邊框。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。