燃料电池用电极的制备方法和燃料电池用电极技术

本发明专利技术提供一种燃料电池用电极，该电极包括正极层（２０）、负极层（１９）和置于其间的离子交换膜（２１）。在用于制备正极和负极之一的溶液干燥之前，将用于制备离子交换膜的溶液涂覆于其上，然后，在用于制备离子交换膜的溶液尚未干燥的状态下涂覆用于制备另一电极的溶液。由于各层尚未干燥，因而可增强各层之间的密合性。通过将离子交换膜制成溶液，所涂覆的膜可制得很薄。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用电极的制备方法
本专利技术涉及一种燃料电池用电极的制备方法，该燃料电池含有置于正极和负极之间的离子交换膜，并通过使氢与负极上的催化剂接触的同时使氧与正极上的催化剂接触以产生电。
技术介绍
图33和图34显示了现有的燃料电池用电极。在该燃料电池用电极700中，离子交换膜703置于负极层(氢电极)701和正极层(氧电极)702之间，使氢分子(H2)与包含在负极层701中的催化剂接触，氧分子(O2)与包含在正极层702中的催化剂接触，从而使电子e-发生如箭头所示的流动，这样就产生了电流。在电流产生的过程中，由所述氢分子(H2)和所述氧分子(O2)产生了水(H2O)。如图34所示，燃料电池用电极700具有粘结层706和707，分别处于一对扩散层704和705的内侧。负极层701和正极层702分别处于这些粘结层706和707的内侧。离子交换膜703位于负极层701和正极层702之间。为制备燃料电池用电极700，首先将制备粘结层706的溶液涂覆于扩散层704上，同时将制备粘结层707的溶液涂覆于扩散层705上，然后，通过烧结所涂覆的粘结层706和707，使粘结层706和707固化。接着，将制备负极层701的溶液涂覆于已固化的粘结层706上，同时将制备正极层702的溶液涂覆于已固化的粘结层707上，并通过干燥所涂覆的负极层701和正极层702，使负极层701和正极层702固化。然后，将片状离子交换膜703置于已固化的负极层701之上，将有固化的正极层702的扩散层705置于离子交换膜703之上，这样形成了7层的多层结构，之后，加热该多层结构，并按照箭头所示进行压接，进-->而形成电极结构。如上所述，在燃料电池700内将薄片用作离子交换膜703，并在粘结层706、负极层701、正极层702和粘结层707等各个层固化后进行加热、压接，因此，在各层的界面上存在着产生密合性差的部分的风险。当燃料电池用电极的各层上产生密合性差的部分时，就很难有效产生电流，而且，在生产线中的检验阶段，这些燃料电池用电极就会被当作废品处理，或需对其进行维修处理，因此阻碍了生产率的提高。而且，因为将薄片用作离子交换膜703，而考虑到离子交换膜703的可操作性(处理性能)时，该离子交换膜703须制得厚一些。因此就很难将电极制薄，这成为燃料电池小型化的阻碍。因此，就希望能防止在各层的界面上出现密合性差的部分，还能防止离子交换膜的性能退化，并且可以将离子交换膜制作得很薄。在所述燃料电池的正极/负极中，其中有一些是根据应用而采用了多边形(例如八边形)的正极或负极。图35A和图35B是表示构成现有燃料电池的多边形离子交换膜的制备方法的图，解释说明了将离子交换膜703涂覆于负极701上的例子。图35A中，多边形(八边形)负极701由碳纸构成，该负极701被置于工作台715之上。然后，按箭头所示将丝网印刷机716从工作台715的一端715a向另一端715b移动。该丝网印刷机716两端有支脚部位716a、716a，以及跨越支脚部位716a、716a的出料部位716b，当丝网印刷机716的出料部位716b达到负极701上方的位置时，从出料部位716b吐出用于制备离子交换膜的树脂溶液。图35B中，当丝网印刷机716在位置E1和位置E2之间移动时，从丝网印刷机716的出料部位716b向负极701涂覆制备离子交换膜的浆料(树脂溶液)。接着，在清除涂覆于该负极外侧的浆料718之后，对负极701表面上的树脂溶液进行干燥，以得到多边形的离子交换膜。当用丝网印刷机716涂覆浆料718时，如图35A所示使出料部位716b按箭头所示方向移动，同时从出料部位716b吐出浆料718，这样浆料718-->涂覆的区域719形成如图35B所示的矩形。因此在负极701外侧的多个额外区域719a(即该矩形各角落)也涂覆有浆料718，这些涂覆于额外区域719a的浆料718需要回收。而回收操作需要时间，因此阻碍了生产率的提高。为确保燃料电池的性能，在离子交换膜703(参见图33)成型时需要使其表面平坦。所以，当用丝网印刷机716来涂覆浆料718时，必须从出料部位716b的整个区域均匀吐出浆料718。然而，为从一个面积相对较大的部分如出料部位716b，均匀地在整个区域内吐出浆料718，就需要进一步提高丝网印刷机716的出料精度。因此，丝网印刷机716的设备成本会很高，这阻碍了燃料电池成本的降低。所以希望能有一种燃料电池用离子交换膜的成型方法，可防止浆料涂覆于额外区域，并且离子交换膜成型时可以比较简单地使其平坦。图36A和图36B为构成现有燃料电池的离子交换膜的另一种制备方法的简图。图36A中，制备在基板713上涂覆有负极701的电极板714，将该电极板714置于工作台715之上。然后，在所涂覆的负极701干燥前，按箭头方向移动丝网印刷机716。出料部位716b处于该丝网印刷机716上部，当丝网印刷机716的出料部位716b到达电极板714(基板713和负极701)的上方时，从出料部位716b吐出用于形成离子交换膜的树脂溶液。图36B中，当丝网印刷机716在位置P1和位置P2之间移动时，从丝网印刷机716的出料部位716b，向电极板714(基板713和负极701)上涂覆用于形成离子交换膜712的树脂溶液，这样，电极板714就被树脂溶液712所覆盖。随后，将该树脂溶液干燥后得到离子交换膜703。但是，当从丝网印刷机716一边将树脂溶液712涂覆于电极板714上一边按箭头所示方向从位置P1开始移动时，在负极701表面产生了如箭头a所示方向的剪切力。而且树脂溶液712从丝网印刷机716涂覆于电极板714上时，负极701尚未干燥。当负极701表面如此产生箭头a所示方向的剪切力时，在该剪切力作用下，负极701的表面层部位701a有可能产生移位。负极701的表面-->层部位701a发生移位的产品部件只能当废品处理或需对其进行修复，这对提高生产率构成了阻碍。因此，希望在负极等电极上形成离子交换膜时，防止电极表面层部位发生移位。
技术实现思路
本专利技术人发现，各层间产生密合性差的部分的原因在于，在先前涂覆的膜固化之后涂覆随后的溶液时，该溶液不能渗入先前涂覆的膜，结果导致密合性较差。因此，可以知道在先前涂覆的膜未干燥其间覆盖随后的溶液，则该溶液将渗入先前涂覆的膜，明显提高密合性。同样发现，对于在片状离子交换膜上涂覆溶液的情况，导致密合性差的另一原因是因为溶液不能渗入片状离子交换膜，因而产生密合性差的部分。因此，本专利技术提供一种燃料电池用电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将用于制备燃料电池的正极/负极中的任一电极(以下称为第一电极)的溶液涂覆于薄片上以形成第一电极的电极层(以下称为第一电极层)；在该电极层干燥之前，将用于制备离子交换膜的溶液涂覆于该电极层上，以形成离子交换膜；在该离子交换膜干燥之前，将用于制备正极/负极中另一电极(以下称为第二电极)的溶液涂覆于该离子交换膜上，以形成第二电极的电极层(以下称为第二电极层)；通过干燥所述的第一电极层、第二电极层和离子交换膜进行固化。即，在本专利技术中，如果使用溶液制备所述离子交换膜，且在各自未干燥状态下分别涂覆制备电极的溶液和制备离子交换膜的溶液，就会在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用电极的制备方法，所述方法包括如下步骤：将用于制备燃料电池正／负极中任一电极即第一电极的溶液涂覆于薄片上以形成第一电极层；在该电极层干燥之前，将用于制备离子交换膜的溶液涂覆于该电极层上，以形成离子交换膜； 在该离子交换膜干燥之前，将用于制备另一电极即第二电极的溶液涂覆于该离子交换膜，以形成第二电极层；以及通过干燥所述第一电极层、所述第二电极层和所述离子交换膜进行固化的步骤。

【技术特征摘要】
JP 2001-11-30 366598/2001;JP 2001-11-30 366631/2001.一种燃料电池用电极的制备方法，所述方法包括如下步骤：将用于制备燃料电池正/负极中任一电极即第一电极的溶液涂覆于薄片上以形成第一电极层；在该电极层干燥之前，将用于制备离子交换膜的溶液涂覆于该电极层上，以形成离子交换膜；在该离子交换膜干燥之前，将用于制备另一电极即第二电极的溶液涂覆于该离子交换膜，以形成第二电极层；以及通过干燥所述第一电极层、所述第二电极层和所述离子交换膜进行固化的步骤。2.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述干燥是在不施加负荷的情况下进行的。3.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，在所述正/负极的电极层中，将负极层形成于所述离子交换膜的下方，将正极层形成于所述离子交换膜的上方。4.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，以喷雾状态涂覆用于制备正极的溶液。5.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述的干燥是通过采用远红外线辐射从所述电极的内部加热的方式来进行的，以便防止所述用于制备离子交换膜的溶液向各电极内的过量渗透。6.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，在所述用于制备正/负极的溶液中，使用了汽化温度比所述用于制备离子交换膜的溶液中使用的溶剂更高的溶剂。7.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述第一电极层分为两层，第一层处于远离离子交换膜的一侧，第二层处于接触离子交换膜的一侧，而且，所述第二层的孔隙率低于所述第一层的孔隙率。8.如权利要求7所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述第-->二层的孔隙率为70-75％。9.如权利要求7所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述第一层的孔隙率为76-85％。10.如利要求7所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，为使所述第二层的孔隙率低于所述第一层的孔隙率，使涂覆用于制备所述第二层的溶液时采用的雾化能量高于涂覆用于制备所述第一层的溶液时的雾化能量。11.如权利要求7所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，为使所述第二层的孔隙率低于所述第一层的孔隙率，使用于制备所述第二层的溶液中含有的电极颗粒的粒径小于用于制备所述第一层的溶液中含有的电极颗粒的粒径，以便使所述用于制备第二层的溶液的密度大于所述用于制备第一层的溶液的密度。12.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，在形成所述第一电极层的步骤之前，该方法还包括形成第一电极侧扩散层的步骤，然后在所述第一电极侧扩散层未干燥的状态下在该扩散层上层叠形成所述第一电极层；而且，在所述第二电极层形成之后，该方法还包括形成第二电极侧扩散层的步骤，并且所述的第二电极侧扩散层是在所述第二电极层未干燥的状态下在该电极层上层叠形成的。13.如权利要求12所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述第一电极侧扩散层由正极侧碳纸和正极侧粘结层构成，所述第二电极侧扩散层由负极侧碳纸和负极侧粘结层构成。14.如权利要求13所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，用于制备所述正极侧粘结层的溶液包含溶剂水和熔点不高于150℃的疏水性低熔点树脂。15.如权利要求14所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述低熔点树脂为偏二氟乙烯/四氟乙烯/六氟丙烯共聚物。16.如权利要求14所述的燃料电池用电极的制备方法，其特征在于，在层叠所述正极侧扩散层、正极层、离子交换膜、负极层和负极侧扩散层的过程中，在负极侧扩散层和正极侧扩散层两者之一的碳纸上形成第-->一粘结层，在所述第一粘结层上形成正/负极层之一作为第一电极层，在所述第一电极层上形成离子交换膜，在所述离子交换膜上形成另一电极层作为第二电极层，在所述第二电极层上形成第二粘结层，在所述第二的粘结层上配置第二碳纸；用于制备所述第二粘结层的溶液含有粘接性优异的粘接性树脂。17.如权利要求16所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，所述粘接性树脂为离子交换树脂。18.如权利要求13所述的燃料电池用电极的制备方法，其中，用于制...

【专利技术属性】
技术研发人员：角谷修，冲山玄，铃木孝，柴田徹雄，神山阳一，渡边秀树，伊达知子，平野芳树，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]