【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法。
技术介绍
1、燃料电池作为一种高效、清洁的能量转换设备，在汽车、移动电站、便携式电源、以及航空航天等能源领域得到了广泛的应用示范，其中膜电极是进行电化学反应的关键部件，其性能直接影响到电池的整体效率和寿命。在膜电极的结构设计上，传统的质子交换膜燃料电池催化层由碳载铂和离聚物组成，两者在浆料中混合，通过喷涂、涂布等工艺沉积在膜面上形成多孔电极，这种孔道网络复杂无序的催化层结构，限制了电极的气水传输效率，并降低了催化剂的利用率，难以满足高功率密度和快速反应动力学的需求；
2、专利公开号cn118016920a公布了一种具有沟槽结构催化层的燃料电池膜电极及其制备方法，在具有一定沟槽结构的聚四氟乙烯膜上直接涂布催化层，进而通过热压转印的方式，将有序排列的沟槽型催化层转移至质子交换膜上；
3、上述的一种具有沟槽结构催化层的燃料电池膜电极及其制备方法制备的催化层其脊状结构和凹槽的离聚物含量均匀一致，高离聚物含量的凹槽表现出较高的亲水性，在高电流密度的实际工况下，阴极大量的生成水容易积聚在凹槽内无法排出，进而阻碍反应气体在凹槽内快速传输，同时影响反应气体横向扩散至脊状结构反应位点，使得高电流密度下催化和传质效率大大降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，包括以下步骤：
4、s1：对制备后的软模板涂覆并固化，对其进行处理后增加润湿性，利用微纳技术加工沟槽后进行二次固化；
5、s2：利用短链树脂高i/c制备涂布浆料，通过狭缝涂布至软模板烘干形成脊状结构；
6、s3：利用长链树脂低i/c制备喷涂浆料，通过超声喷涂至软模板，覆盖脊状结构作为凹槽；
7、s4：贴合质子交换膜与催化层，ptfe保护下热压，催化层转移至质子交换膜上；
8、s5：阳极侧催化层喷涂，贴合气体扩散层，封装成膜电极。
9、优选的：所述s1步骤中的软膜板，其在制备过程中包括以下步骤：
10、s11：称取sylgard184(pdms)与固化剂，按照10：1的比例混合均匀；
11、s12：将混合好的pdms置于真空脱泡机中，以15000rpm的转速脱泡30min以去除混合过程中产生的气泡；
12、s13：取硅片基底分别使用异丙醇与去离子水超声清洗，干燥后备用；
13、s14：将脱泡后的pdms均匀涂覆在硅片基底上，厚度控制在1mm，将涂覆好的硅片放入烘箱中，60℃下静置4小时；
14、s15：使用氧气等离子体处理器对pdms表面进行处理，增加后续催化剂浆料的粘附性，处理时间控制在3分钟，功率设置为50w；
15、s16：采用激光直写系统在pdms表面制备微尺度沟槽；
16、s17：加工完成后，使用异丙醇对pdms表面进行冲洗清洁，去除加工过程中可能产生的残留物；
17、s18：将pdms在烘箱中进行后固化处理，80℃下静置2小时，进行二次固化以确保其机械稳定性。
18、进一步的：所述s2步骤中的脊状结构的制备方法，包括以下步骤：
19、s21：称取3.50g铂碳催化剂tec10e50e(pt含量46.70wt％)，加入17.26g去离子水充分搅拌润湿；
20、s22：搅拌过程中缓慢滴入14.92g全氟磺酸树脂dfpsa-2179(10wt％)，混合后加入4.26g正丙醇，磁子搅拌30min；
21、s23：在10℃恒温水浴下以20m/s线速度高速剪切10min，预分散后的浆料投入均质机，800bar压力均质处理3次，转入真空脱泡机脱泡处理；
22、s24：采用平台式狭缝挤出片材涂布机，平台烘干温度设置在60℃，将处理好的涂布浆料涂覆在软模板上。
23、进一步的：所述s3步骤中的脊状结构上覆盖低亲水性凹槽，包括以下步骤：
24、s31：称取0.60g铂碳催化剂tec10e50e(pt含量46.70wt％)，加入5.31g去离子水充分搅拌润湿，边搅拌边缓慢滴入3.84g全氟磺酸树脂d520cs(5wt％)；
25、s32：混合后加入26.24g乙醇，磁子搅拌30min，在10℃恒温水浴下以20m/s线速度高速剪切10min，预分散后的浆料10℃水浴超声1h；
26、s33：采用平台式超声喷涂设备，平台烘干温度设置在90℃，将处理好的喷涂浆料涂覆在上述催化层上，完成整个沟槽型催化层的构建，pt担载量控制在0.30mg/cm2。
27、作为本专利技术一种优选的方案：所述s4步骤中的沟槽型催化层的转移，包括以下步骤：
28、s41：质子交换膜选用12微米膜，剪裁合适大小的质子交换膜和ptfe保护层，将质子交换膜覆盖在软模板的催化层一侧，贴合排出空气，将复合膜材的两侧分别贴合ptfe保护层；
29、s42：设置热压机的温度和压力，平台温度控制在140℃，压力控制在5kn/m2，将样品放入热压机中保压3min；
30、s43：完成热压后取出样品，待样品冷却后，将软模板从复合膜材上剥离，催化层由软模板转移至质子交换膜上。
31、作为本专利技术进一步的方案：所述膜电极制备，包括以下步骤：
32、1：使用上述的喷涂浆料作为阳极浆料，采用平台式超声喷涂设备在阴极沟槽型催化层半ccm上喷涂0.08mg/cm2铂载量的阳极催化层；
33、2：两侧贴合气体扩散层，封装成膜电极。
34、作为本专利技术再进一步的方案：所述s16步骤中的微尺度沟槽的宽度为10微米，间距20微米，深度15微米。
35、在前述方案的基础上：所述s24步骤中的干膜厚度控制在13微米。
36、在前述方案的基础上：所述s33步骤中的干膜厚度控制在4微米。
37、在前述方案的基础上：所述s41步骤中的ptfe保护层厚度为40微米。
38、本专利技术的有益效果为：
39、1.一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，采用沟槽型的催化层结构设计，显著增加了膜电极的催化活性有效面积，提供更多的反应位点，分离质子流氧气流，提高扩散效率；
40、2.一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，沟槽脊状结构混合高i/c值的短链树脂，增强质子传输能力。
41、3.一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，沟槽底部降低i/c值，采用长链树脂，优化催化层排水能力，高电流密度工况下保证良好的气水传输效率。
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1.一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S1步骤中的软膜板，其在制备过程中包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S2步骤中的脊状结构的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S3步骤中的脊状结构上覆盖低亲水性凹槽，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S4步骤中的沟槽型催化层的转移，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述膜电极制备，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S16步骤中的微尺度沟槽的宽度为10微米，间距20微米，深度15微米。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制
9.根据权利要求8所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S33步骤中的干膜厚度控制在4微米。
10.根据权利要求9所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述S41步骤中的PTFE保护层厚度为40微米。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述s1步骤中的软膜板，其在制备过程中包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述s2步骤中的脊状结构的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述s3步骤中的脊状结构上覆盖低亲水性凹槽，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池沟槽型催化层膜电极制备方法，其特征在于，所述s4步骤中的沟槽型催化层的转移，包括以下步骤：
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙铭君，赵羽，张楠，张林松，潘永志，王朝云，
申请(专利权)人：安徽明天氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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