專利名稱：氣體擴散電極的連續(xù)干嵌制作工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電化學電池零部件制作技術領域，特別涉及燃料電池中氣體擴散電極的連續(xù)干嵌制作工藝。
背景技術：
氣體擴散電極廣泛應用于氯堿工業(yè)，氣敏傳感器及燃料電池等。以燃料電池為例，氫氧或金屬空燃料電池通過放置在合適電解質中的陽極(氫極或金屬極如鋅，鋁等)和空氣陰極組成的電化學對來產生電能?？諝怆姌O必須既可擴散和滲透空氣，又同時必須充分疏水，以保證液體電解液不會滲露出來，同時還要混合導電材料以用于收集電子形成外部電路。美國專利No.4129633揭示了一種使用干粉分散于傳動的涂敷基質上來制備氣體擴散電極的方法。其中不利的因素在于需要使用相對復雜的多級干粉分散設備，并且難以保證干粉均勻地分散于基質上。Soloman等人的美國專利No.4339325描述了另一種氣體擴散電極及相關的制備方法。該項技術描述了多孔的，粘結在一起的，非燒結的，單軸定向的支撐層，該層具有0.1～40微米開孔的聚四氟乙烯纖維。該層被用作氣體擴散電極的支撐層。然而，這層支撐層不能滿足苛刻應用條件下的結構和強度要求。美國專利No.4615954揭示了另一種氧氣陰極的組成基本由混合加固并且熱燒結過的碳黑及以四氟乙烯疏水聚合物為粘結劑構成的防水層，內部還含有至少一種不等軸電導加強材料以提高電極的導電性。美國專利No.4877694和No.4927514中揭示是多層的并且具有內層粘結加強的電極，含有由疏水聚合物組成的多孔氣體補給層的空氣電極，其上面的電解活性層由疏水鹵化聚合物與具備催化活性炭的顆粒緊密粘結在一起組成，該活性層中的疏水聚合物顆粒具備粘結劑的功能。所有這些專利依賴于一種相對復雜，多步的電極制備過程。此外，美國專利No.4885217和美國專利No.6368751等揭示了另一種連續(xù)涂布工藝來制備空氣陰極，該空氣陰極由泡沫狀的集流體，分別與液體電解液與空氣接觸的表面相對的兩層碳層及可選的疏水微孔層壓制在一起形成。該項制備工藝的發(fā)明也同樣要求制備出具有流動性好的碳漿，然而一致性的制備要求多步的質量控制，因而也是不經濟的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種生產燃料電池中的氣體擴散電極的連續(xù)干嵌制作工藝。其特征在于將含催化碳的干粉直接地制備成氣體擴散電極工藝如下1.粉料制備將375g的碳粉(Vulcan XC-72)放入4L的燒杯中，接著按順序加入100g KMnO4粉末、2500g去離子水、25g Triton X-100及1g的聚乙烯醇混合后，在75℃下激烈攪拌30分鐘，接著冷卻到30℃；再加入360g的Telfon T-30(60％固含量)并充分攪拌，形成膏狀物；膏狀物經過過濾，干燥及細粉處理而形成了適宜于干嵌制作工藝的干粉；2.粉料在預熱溫度為75℃下，均勻預熱于干嵌器容器中；
3.集流體連續(xù)均勻、上下居中通過干嵌容器，4.粉料經螺旋分散器均勻地分散于集流體的兩側，在干嵌器內壓制成電極形狀；5.極片在半封閉的加熱腔體中，經約200-350℃的熱處理，燒結并軋制；6.極片的疏水膜一面與PTFE的氣體擴散膜熱合即極片的疏水膜一面與具有微孔的PTFE的氣體擴散膜在250~350℃下滾壓熱合，壓力約為100磅/inch2，壓制成厚度0.5-0.8毫米的電極形狀，壓合平整；7.再經縱向或橫向切割成適合的大小形狀。電極的最終厚度在0.5～0.7mm范圍內。
本發(fā)明的有益效果是燃料電池中的氣體擴散電極可以連續(xù)干嵌制作，效率高，一致性好，成本低。這種電極的工作電流密度可高達200mA/cm2，適合于大功率放電的應用場合。良好的電極機械強度使之能夠在大功率放電場合長期工作。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種生產燃料電池中的氣體擴散電極的連續(xù)干嵌制作工藝。將含催化炭的干粉直接地制備成氣體擴散電極的工藝如下1.粉料制備將375g的碳粉(Vulcan XC-72)放入4L的燒杯中，接著按順序加入100g KMnO4粉末、2500g去離子水、25g Triton X-100及1g的聚乙烯醇混合后，在75℃下激烈攪拌30分鐘，接著冷卻到30℃；再加入360g的Telfon T-30(60％固含量)并充分攪拌，形成膏狀物；膏狀物經過過濾，干燥及細粉處理而形成了適宜于干嵌制作工藝的干粉；2.粉料在預熱溫度為75℃下，均勻預熱于干嵌器容器中；3.集流體連續(xù)均勻、上下居中通過干嵌容器，4.粉料經螺旋分散器均勻地分散于集流體的兩側，在干嵌器內壓制成電極形狀；5.極片在半封閉的加熱腔體中，經約200-350℃的熱處理，燒結并軋制；6.極片的疏水膜一面與PTFE的氣體擴散膜熱合即極片的疏水膜一面與具有微孔的PTFE的氣體擴散膜在250~350℃下滾壓熱合，壓力約為100磅/inch2，壓制成厚度0.5-0.8毫米的電極形狀，壓合平整；7.再經縱向或橫向切割成適合的大小形狀。電極的最終厚度在0.5～0.7mm范圍內。
以上所描述的主要是關于氣體擴散電極的制備工藝，同樣適應于其它電化學電池的電極制備，如鋅空氣電池中的鋅電極的制備，鎳氫電池中的鎳電極和金屬氫電極的制備等等，均可采用類似的干嵌生產工藝制備，屬于本發(fā)明技術范圍內。
權利要求
1.一種生產燃料電池中的氣體擴散電極的連續(xù)干嵌制作工藝。其特征在于將含催化炭的干粉直接地制備成氣體擴散電極工藝如下1).粉料制備將375g的碳粉(Vulcan XC-72)放入4L的燒杯中，接著按順序加入100g KMnO4粉末、2500g去離子水、25g Triton X-100及1g的聚乙烯醇混合后，在75℃下激烈攪拌30分鐘，接著冷卻到30℃；再加入360g的Telfon T-30(60％固含量)并充分攪拌，形成膏狀物；膏狀物經過過濾，干燥及細粉處理而形成了適宜于干嵌制作工藝的干粉；2).粉料在預熱溫度為75℃下，均勻預熱于干嵌器容器中；3).集流體連續(xù)均勻、上下居中通過干嵌容器，4).粉料經螺旋分散器水平均勻地分散于集流體的兩側，在干嵌器內壓制成電極形狀；5).極片在半封閉的加熱腔體中，經約200-350℃的熱處理，燒結并軋制；6).極片的疏水膜一面與PTFE的氣體擴散膜熱合即極片的疏水膜一面與具有微孔的PTFE的氣體擴散膜在250-350℃下滾壓熱合，壓力約為100磅/inch2，壓制成厚度0.5-0.8毫米的電極形狀，壓合平整；7).再經縱向或橫向切割成適合的大小形狀，電極的最終厚度在0.5～0.7mm范圍內。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電化學電池零部件制作技術領域的燃料電池中的氣體擴散電極的連續(xù)干嵌制作工藝。將含催化碳的干粉直接地制備成氣體擴散電極工藝是將粉料制備膏狀物，經過過濾，干燥及形成了適宜于干嵌制作工藝的干粉，均勻預熱于干嵌器容器中；再將集流體連續(xù)均勻、上下居中通過干嵌容器，粉料經螺旋分散器均勻地分散于集流體的兩側，在干嵌器內壓制成電極形狀；極片在半封閉的加熱腔體中，經熱處理燒結并軋制；再經縱向或橫向切割成適合的大小形狀。電極的最終厚度在0.5～0.7mm范圍內。氣體擴散電極可以連續(xù)干嵌制作，效率高，一致性好，成本低。這種電極的工作電流密度可高達200mA/cm
文檔編號H01M4/88GK1558459SQ20041000069
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權日2004年1月16日
發(fā)明者王曉功, 關玉明, 張偉玲 申請人:北京雙威富能科技有限公司