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說明:
1.本文借鑒外方資料,由本人翻譯整理。
2.原始資料來源:朋友國外網站下載分享。
3.本文僅說明到MEA未貼合氣體擴散層之前,后章會介紹GDL加工以及與MEA的貼合。
下面正式開篇
MEA實物圖片
一、加工流程工藝總述。
以熱轉印法為例進行工藝介紹:
催化劑漿料配置——催化劑涂布到承載體聚合物膜上——熱轉印到PEM上——去除承接催化劑的聚合膜——密封邊框加工——形成MEA
二、分工藝說明
1.催化劑漿料配制
1)物料準備
陽極漿料:重量比約15%的Pt-C催化劑、重量比約40%的去離子水和40%的甲醇類有機溶劑、約5%的聚離體溶液做粘合劑。
陰極漿料:重量比約20%的Pt-C催化劑、重量比約35%的去離子水和35%的甲醇類有機溶劑、約10%的聚離體溶液做粘合劑。
2)漿料分散設備
說明:分散設備可以用漿式攪拌機、球式攪拌機、超聲波分散機等設備。
3)分散攪拌,漿料混合均勻。(陰陽極的成份差異需要分別配制加工)
4)配制過程參數控制:
a.陰極鉑載量:0.4 mg/cm2
b.陽極鉑載量:0.1 mg/cm2
c.環境控制:無污染物
d.分散攪拌時間:>1h
e.建議攪拌溫度:2攝氏度
f.建議攪拌轉速:600~4000rpm
5)影響品質因素
攪拌分散時間、溫度,環境
6)品質特征
多孔性、粘度、鉑分布的均勻性
2.催化劑漿料的涂布和干燥
將陰陽極催化劑漿料分別涂布到載體(一種離型膜)上并固化
1)材料準備:
配制好的催化劑漿料、一種聚合物膜
2)設備:漿料噴槍或其他替代設備(如轉輥式絲網印刷、噴墨印刷、刮刀涂布等等)、加熱傳送帶、IR/DC在線監測設備。
3)過程參數和要求
a.陽極膜厚:3~15μm;陰極膜厚:10~30μm
b.供料速度:0.1 ~1 m/min
c.干燥時間:約4分鐘
d.干燥溫度:加熱氣流約30~70度;加熱輥設定約120~160度
4)影響品質因素
a.催化劑漿料粘度
b.使用的工具或設備
c.干燥設備溫度
5)品質特征
a.涂層均勻一致性
b.涂層厚度
c.涂層干燥度
d.粒徑大小
3、將固化的催化劑層熱轉印到PEM上
將固化的催化劑層熱轉印到PEM上
1)材料準備:
加工好的分別附著在聚合物(膜)表面的陰陽極催化劑、質子交換膜卷料(PEM)。
2)設備:傳送帶、熱壓輥、去除廢料聚合物膜的轉輥。(一種定制設備)。
3)過程參數和要求
a.線性拉力:150 - 250 N/cm。
b.熱壓輥溫度:100 - 170 °C。
4)影響品質因素
a.承接催化劑層的聚合物膜的品質(離型效果,催化層能不能正常剝離)。
b.供料速度和輥子壓力以及溫度的組合。(決定催化層和PEM的接著效果)。
c.壓力持續時間。
5)品質特征
a.聚合物膜無殘留。
b.聚合物膜層對催化劑層沒有損壞。
c.催化劑層在PEM上的良好附著。
4、膜電極(MEA)密封邊框的加工
密封邊框加工方式流程示意圖
1)材料準備:
上制程加工好的兩面涂有陰陽催化劑的卷料、涂布有接著層的密封邊框卷料(材料為PI、PET、PEN等)
2)設備:傳送帶、轉向輥、定制的模切輥、層壓輥、真空模切輥(可以是一種定制設備)。
3)過程參數和要求
a.供料速度:最高可達30m/分鐘
b.根據產品幾何形狀定制的輥模。(切孔)
4)影響品質因素
a.各輥軸的同向、同軸平行對齊等。(多層料不能跑偏)
b.邊框和CCM之間的位置公差。
5)品質特征
a.密封邊框的精準定位
b.MEA表面無污染
c.密封邊框與CCM的連接強度
至此一個完整的MEA卷料就形成了
三、其他CCM法簡單介紹
1.直涂式
直涂式CCM法
2.通過傳送輥的間接涂布式樣
傳送輥的間接涂布式CCM
下章預告:氣體擴散層GDL生產與MEA貼合,敬請關注!
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原文始發于微信公眾號(氫眼所見):氫燃料電池膜電極(MEA)生產工藝詳解