「深度技术」（一）氢燃料电池膜电极（MEA）生产工艺详解

膜电极（MEA）作为氢燃料电池或系统的核心八大件之一，国产化的MEA对整个燃料电池降本非常重要，当然目前国内已经有一些代表性的厂家建立了自己的半自动或者全自动产线。本文基于外部资料的生产工艺给大家做一些分析和介绍，更便于大家理解。

MEA实物图片

一、加工流程工艺总述。

以热转印法为例进行工艺介绍：

催化剂浆料配置——催化剂涂布到承载体聚合物膜上——热转印到PEM上——去除承接催化剂的聚合膜——密封边框加工——形成MEA

二、分工艺说明

1.催化剂浆料配制

1）物料准备

阳极浆料：重量比约15%的Pt-C催化剂、重量比约40%的去离子水和40%的甲醇类有机溶剂、约5%的聚离体溶液做粘合剂。

阴极浆料：重量比约20%的Pt-C催化剂、重量比约35%的去离子水和35%的甲醇类有机溶剂、约10%的聚离体溶液做粘合剂。

2）浆料分散设备

说明：分散设备可以用浆式搅拌机、球式搅拌机、超声波分散机等设备。

3）分散搅拌，浆料混合均匀。（阴阳极的成份差异需要分别配制加工）

4）配制过程参数控制：

a.阴极铂载量：0.4 mg/cm²

b.阳极铂载量：0.1 mg/cm²

c.环境控制：无污染物

d.分散搅拌时间：＞1h

e.建议搅拌温度：2摄氏度

f.建议搅拌转速：600~4000rpm

5）影响品质因素

搅拌分散时间、温度，环境

6）品质特征

多孔性、粘度、铂分布的均匀性

2.催化剂浆料的涂布和干燥

将阴阳极催化剂浆料分别涂布到载体（一种离型膜）上并固化

1）材料准备：

配制好的催化剂浆料、一种聚合物膜

2）设备：浆料喷枪或其他替代设备（如转辊式丝网印刷、喷墨印刷、刮刀涂布等等）、加热传送带、IR/DC在线监测设备。

3）过程参数和要求

a.阳极膜厚：3~15µm；阴极膜厚：10~30µm

b.供料速度：0.1 ~1 m/min

c.干燥时间：约4分钟

d.干燥温度：加热气流约30~70度;加热辊设定约120~160度

4）影响品质因素

a.催化剂浆料粘度

b.使用的工具或设备

c.干燥设备温度

5）品质特征

a.涂层均匀一致性

b.涂层厚度

c.涂层干燥度

d.粒径大小

3、将固化的催化剂层热转印到PEM上

将固化的催化剂层热转印到PEM上

1）材料准备：

加工好的分别附着在聚合物（膜）表面的阴阳极催化剂、质子交换膜卷料（PEM）。

2）设备：传送带、热压辊、去除废料聚合物膜的转辊。（一种定制设备）。

3）过程参数和要求

a.线性拉力：150 – 250 N/cm。

b.热压辊温度：100 – 170 °C。

4）影响品质因素

a.承接催化剂层的聚合物膜的品质（离型效果，催化层能不能正常剥离）。

b.供料速度和辊子压力以及温度的组合。（决定催化层和PEM的接着效果）。

c.压力持续时间。

5）品质特征

a.聚合物膜无残留。

b.聚合物膜层对催化剂层没有损坏。

c.催化剂层在PEM上的良好附着。

4、膜电极（MEA）密封边框的加工

密封边框加工方式流程示意图

1）材料准备：

上制程加工好的两面涂有阴阳催化剂的卷料、涂布有接着层的密封边框卷料（材料为PI、PET、PEN等）

2）设备：传送带、转向辊、定制的模切辊、层压辊、真空模切辊(可以是一种定制设备）。

3）过程参数和要求

a.供料速度：最高可达30m/分钟

b.根据产品几何形状定制的辊模。（切孔）

4）影响品质因素

a.各辊轴的同向、同轴平行对齐等。（多层料不能跑偏）

b.边框和CCM之间的位置公差。

5）品质特征

a.密封边框的精准定位

b.MEA表面无污染

c.密封边框与CCM的连接强度

至此一个完整的MEA卷料就形成了

三、其他CCM法简单介绍

目前一般还有以下两种方式：(还有一种GDE的方式：即将催化剂浆料直接涂布到气体扩散层GDL上，本章先不做讨论）

1.直涂式

直涂式CCM法

2.通过传送辊的间接涂布式样

传送辊的间接涂布式CCM

来源：氢眼所见