湿态PEM水电解膜电极的封装方法与流程

湿态pem水电解膜电极的封装方法
技术领域
1.本技术涉及水电解膜电极封装的技术领域，具体涉及一种湿态pem水电解膜电极的封装方法。


背景技术：

2.pem(proton exchange membrane，质子膜)水电解膜电极是水电装置的核心组件，主要由催化剂层、质子交换膜层、气体扩散层及边框材料和粘结剂等组成，由于涉及的零部件较多，装配组合工艺对膜电极组件性能的影响较大。
3.目前膜电极封装方法多集中于燃料电池膜电极，其结构原理虽然和水电解膜电极类似，但是水电解膜电极的pem膜相较于燃料电池膜电极在厚度大大增加，这对水电解膜电极的封装带来了一系列问题：1、水电解膜电极中间部位到边缘部位的结构变化为三层结构至二层结构，厚度上变化较大，影响产品厚度的均一性和结构强度。2、较厚的质子膜在干燥和溶胀两种状态转变中尺寸变化幅度较大，而与其接触的边框、气体扩散层及胶材料的尺寸变化小、从而易产生组件变形及粘接失效等现象。
4.因此，需要一种新的水电解膜电极的封装方法，能够改善水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度变化问题，减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本说明书实施例提供一种湿态pem水电解膜电极的封装方法，能够改善水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度变化问题，减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题。
6.本说明书实施例提供以下技术方案：
7.本说明书实施例提供一种湿态pem水电解膜电极的封装方法，包括以下步骤：
8.s1，将催化层涂布或转印至干燥状态下的质子膜上，制成ccm；
9.s2，将ccm置入超纯水中充分溶胀；
10.s3，在ccm边缘连接填充材料；
11.s4，在ccm边缘的两侧和填充材料的两侧粘接边框材料；
12.s5，在ccm中间区域的两侧粘接ptl，得到水电解膜电极。
13.通过上述技术方案，增加填充材料，使得水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度均匀变化，保持产品厚度的均一性和结构强度，并且通过将ccm充分溶胀后再封装，可以减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题。
14.优选的，步骤s2和步骤s3之间还设置有步骤s21和步骤s22，
15.s21，在充分溶胀后的ccm边缘打孔，使得孔位在ccm边缘的一圈呈周向均匀分布，且每个孔均贯穿ccm的两侧；
16.s22，在ccm边缘的每个孔内注胶。
17.通过上述技术方案，在ccm边缘打孔注胶，胶水固化后会在质子膜上形成多个固定支点，以限制质子膜因溶胀或失水干燥发生的形变。
18.优选的，步骤s3和步骤s4之间还设置有步骤s31和步骤s32，
19.s31，在填充材料上打孔，使得每个孔均贯穿填充材料的两侧；
20.s32，在填充材料的每个孔内注胶。
21.优选的，步骤s4包括：
22.s41，在边框材料上打孔，使得孔位贯穿边框材料的两侧；
23.s42，在ccm的边缘两侧和填充材料的边缘两侧粘接边框材料，并使得边框材料上的孔位一一对应并对齐于ccm边缘上的孔位；
24.s43，在边框材料的每个孔内注胶，使得边框材料每个孔内中的胶水和对应孔位中的胶水粘接。
25.通过上述技术方案，使得粘接边框材料的胶水与边框材料孔内的胶水及ccm边缘孔内的胶水在固化后形成一体式固化结构，进而当质子膜溶胀或失水干燥发生形状变化时，一体式固化结构能固定并撑住质子膜，从而避免质子膜发生较大的形变，保证结构的稳定性。
26.优选的，步骤s4包括：
27.s44，在边框材料上打孔，使得孔位贯穿边框材料的两侧；
28.s45，在ccm的边缘两侧和填充材料的边缘两侧粘接边框材料，并使得边框材料上的孔位一一对应并对齐于ccm边缘上的孔位及填充材料上的孔位；
29.s46，在边框材料的每个孔内注胶，使得边框材料每个孔内中的胶水和对应孔位中的胶水粘接。
30.优选的，步骤s5之后还设置有步骤s6:
31.将水电解膜电极冷压后置于水中保存。
32.通过上述技术方案，可以有效的防止因失水干燥而导致水电解膜电极的性能下降。
33.优选的，所述填充材料采用质子膜或边框材料。
34.优选的，所述边框材料为pet、etfe、pen、pps或pi。
35.优选的，所述ccm充分溶胀的温度范围在20-30℃，溶胀时间为10-15min。
36.优选的，所述粘接及注胶使用的胶水均为水下胶黏剂。
37.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
38.1、通过增加填充材料，改善水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度变化问题，保证了水电解膜电极结构的平整与强度；
39.2、通过将ccm先溶胀后封装的方式，减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题，提高结构的稳定性；
40.3、整体水电解膜电极结构更加紧凑，有利于发挥膜电极的性能。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
42.图1是本技术实施例中的湿态pem水电解膜电极的封装方法的流程示意图；
43.图2是本技术实施例中的湿态pem水电解膜电极的结构制作示意图。
具体实施方式
44.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
45.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
47.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
48.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。
49.有鉴于此，发明人通过对现有膜电极结构进行深入研究及改进探索，发现当下水电解膜电极存在以下问题：水电解膜电极中间部位到边缘部位的结构变化为三层结构至二层结构，厚度上变化较大，影响产品厚度的均一性和结构强度。2、较厚的质子膜在干燥和溶胀两种状态转变中尺寸变化幅度较大，而与其接触的边框、气体扩散层及胶材料的尺寸变化小、从而易产生组件变形及粘接失效等现象。
50.基于此，本说明书实施例提出了一种封装方法：通过增加填充材料及将质子膜充分溶胀后再封装，改善水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度变化问题，并且减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题。
51.以下结合附图，说明本技术各实施例提供的技术方案。
52.如图1和图2所示，本说明书实施例提供一种湿态pem水电解膜电极的封装方法，包括以下步骤：
53.s1，将催化层涂布或转印至干燥状态下的质子膜上，制成ccm。
54.其中，ccm是catalyst-coated membrane的简称，表示一层质子膜和两层催化层的复合物。
55.s2，将ccm置入超纯水中充分溶胀。
56.其中，ccm充分溶胀的温度范围在20-30℃，溶胀时间为10-15min。
57.s21，在充分溶胀后的ccm边缘打孔，使得孔位在ccm边缘的一圈呈周向均匀分布，且每个孔均贯穿ccm的两侧。
58.s22，在ccm边缘的每个孔内注胶。
59.其中，注胶的胶水采用水下胶黏剂。
60.s3，在ccm边缘连接填充材料。
61.其中，填充材料采用质子膜或者边框材料，边框材料可以为pet、etfe、pen、pps或pi中任意一种。
62.在本实施例中，使用质子膜作为填充材料，作为填充材料的质子膜与两层催化层之间的质子膜一体连接，并且同样充分溶胀。
63.在其他实施例中，如果使用边框材料作为填充材料，则边框材料与两层催化层之间的质子膜通过水下胶黏剂进行粘接固定。
64.s32，在填充材料上打孔，使得每个孔均贯穿填充材料的两侧。
65.在本实施例中，ccm边缘的打孔区域位于作为填充材料的质子膜上，即填充材料上的打孔区域和ccm边缘的打孔区域为同一区域。
66.在其它实施例中，ccm边缘的一圈及填充材料边缘的一圈均分别单独打孔。
67.s32，在填充材料的每个孔内注胶。
68.其中，注胶的胶水采用水下胶黏剂。
69.s4，在ccm边缘的两侧和填充材料的两侧粘接边框材料。
70.其中，粘接的胶水采用水下胶黏剂。
71.边框材料与ccm边缘的两侧及填充材料的两侧粘接后，注入孔内的胶水两端与用于粘接的胶水之间会相互连结，在固化后形成一体式固化结构，进而当质子膜溶胀或失水干燥发生形状变化时，一体式固化结构能固定撑住质子膜，从而避免质子膜发生较大的形变，保证结构的稳定性。
72.进一步的，在本实施例中，步骤s4包括：
73.s41，在边框材料上打孔，使得孔位贯穿边框材料的两侧；
74.s42，在ccm的边缘两侧和填充材料的边缘两侧粘接边框材料，并使得边框材料上的孔位一一对应并对齐于ccm边缘上的孔位；
75.s43，在边框材料的每个孔内注胶，使得边框材料每个孔内中的胶水和对应孔位中的胶水粘接。
76.通过在边框材料上打孔注胶，与ccm边缘的孔内胶水、粘接边框材料的胶水形成一体式固化结构，从而更好支撑质子膜，进一步的限制质子膜发生较大的形变，保证结构的稳定性。
77.进一步的，在其它实施例中，步骤s4包括：
78.s44，在边框材料上打孔，使得孔位贯穿边框材料的两侧；
79.s45，在ccm的边缘两侧和填充材料的边缘两侧粘接边框材料，并使得边框材料上
的孔位一一对应并对齐于ccm边缘上的孔位及填充材料上的孔位；
80.s46，在边框材料的每个孔内注胶，使得边框材料每个孔内中的胶水和对应孔位中的胶水粘接。
81.同理，通过在边框材料上打孔注胶，与ccm边缘上的孔内胶水、填充材料上的孔内胶水及粘接边框材料的胶水形成一体式固化结构，从而更好的支撑质子膜。
82.s5，在ccm中间区域的两侧粘接ptl，得到水电解膜电极。
83.其中，两侧粘接的ptl分别为阳极多孔传输层和阴极多孔传输层。
84.s6，将水电解膜电极冷压后置于水中保存。
85.最终制成的水电解膜电极具有以下优势：1、通过增加填充材料，改善水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度变化问题，保证了水电解膜电极结构的平整与强度。2、通过将ccm先溶胀后封装的方式，减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题，提高结构的稳定性。3、整体水电解膜电极结构更加紧凑，有利于发挥膜电极的性能。4、质子膜失水或溶胀导致的结构变化，均可以通过一体式固化结构进行支撑和限制，从而使得整体结构更加稳定。
86.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。
87.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，将催化层涂布或转印至干燥状态下的质子膜上，制成ccm；s2，将ccm置入超纯水中充分溶胀；s3，在ccm边缘连接填充材料；s4，在ccm边缘的两侧和填充材料的两侧粘接边框材料；s5，在ccm中间区域的两侧粘接ptl，得到水电解膜电极。2.根据权利要求1所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3之间还设置有步骤s21和步骤s22，s21，在充分溶胀后的ccm边缘打孔，使得孔位在ccm边缘的一圈呈周向均匀分布，且每个孔均贯穿ccm的两侧；s22，在ccm边缘的每个孔内注胶。3.根据权利要求2所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，步骤s3和步骤s4之间还设置有步骤s31和步骤s32，s31，在填充材料上打孔，使得每个孔均贯穿填充材料的两侧；s32，在填充材料的每个孔内注胶。4.根据权利要求2所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，步骤s4包括：s41，在边框材料上打孔，使得孔位贯穿边框材料的两侧；s42，在ccm的边缘两侧和填充材料的边缘两侧粘接边框材料，并使得边框材料上的孔位一一对应并对齐于ccm边缘上的孔位；s43，在边框材料的每个孔内注胶，使得边框材料每个孔内中的胶水和对应孔位中的胶水粘接。5.根据权利要求3所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，步骤s4包括：s44，在边框材料上打孔，使得孔位贯穿边框材料的两侧；s45，在ccm的边缘两侧和填充材料的边缘两侧粘接边框材料，并使得边框材料上的孔位一一对应并对齐于ccm边缘上的孔位及填充材料上的孔位；s46，在边框材料的每个孔内注胶，使得边框材料每个孔内中的胶水和对应孔位中的胶水粘接。6.根据权利要求1所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，步骤s5之后还设置有步骤s6:将水电解膜电极冷压后置于水中保存。7.根据权利要求1所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，所述填充材料采用质子膜或边框材料。8.根据权利要求1所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，所述边框材料为pet、etfe、pen、pps或pi。9.根据权利要求1所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，所述ccm充分溶胀的温度范围在20-30℃，溶胀时间为10-15min。10.根据权利要求2-5任意一项中所述的湿态pem水电解膜电极的封装方法，其特征在于，所述粘接及注胶使用的胶水均为水下胶黏剂。

技术总结
本申请提供一种湿态PEM水电解膜电极的封装方法，涉及水电解膜电极封装的技术领域，其包括以下步骤：S1，将催化层涂布或转印至干燥状态下的质子膜上，制成CCM；S2，将CCM置入超纯水中充分溶胀；S3，在CCM边缘连接填充材料；S4，在CCM边缘的两侧和填充材料的两侧粘接边框材料；S5，在CCM中间区域的两侧粘接PTL，得到水电解膜电极。通过增加填充材料，使得水电解膜电极的中间部位到边缘部位的厚度均匀变化，保持产品厚度的均一性和结构强度，并且通过将CCM充分溶胀后再封装，可以减少因质子膜尺寸变化而导致的组件变形及粘接失效问题。而导致的组件变形及粘接失效问题。而导致的组件变形及粘接失效问题。


技术研发人员：朱凤鹃 陈伟 郝传璞 陶亮亮 王超 王昭晖
受保护的技术使用者：上海唐锋能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/28