氢燃料电池膜电极（MEA）生产工艺详解

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说明：

1.本文借鉴外方资料，由本人翻译整理。

2.原始资料来源：朋友国外网站下载分享。

3.本文仅说明到MEA未贴合气体扩散层之前，后章会介绍GDL加工以及与MEA的贴合。

下面正式开篇

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

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

下章预告：气体扩散层GDL生产与MEA贴合，敬请关注！

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原文始发于微信公众号（氢眼所见）：氢燃料电池膜电极（MEA）生产工艺详解