本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及膜電極組件(mea)制造方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、據(jù)報(bào)道，低成本程序和低環(huán)境影響材料用于膜電極組件(mea)的制造。噴墨和絲網(wǎng)印刷技術(shù)已被用于制造mea的零件。

2、garcia等人(acs?omega?2019,4,16781-16788)研究了打印在紙上的電容器作為儲(chǔ)能裝置的電化學(xué)特性，其中商用紙張既是該裝置的基底也是隔板。鋅油墨通過棒式涂布施加在紙基底的表面上，商用銀油墨被絲網(wǎng)印刷在所述紙基底的相對(duì)面上。結(jié)果表明，電容器表現(xiàn)為具有低電流輸出的儲(chǔ)能裝置。然而，電化學(xué)過程后，不再觀察到zn顆粒的最初片狀形狀，這限制了這種裝置的工作壽命。所述電容器的另一個(gè)缺點(diǎn)是，用作電極的銀顆粒在電池的充電/放電循環(huán)中受到氧化。

3、m.breitwieser等人(journal?of?power?sources，第337卷，2017年，第137-144頁(yè))描述了12微米薄質(zhì)子交換膜mea的制造，其通過將聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-hfp)納米纖維直接電紡絲到包含催化劑的商用氣體擴(kuò)散電極上，然后通過將nafion離聚物分散體噴墨打印到所述纖維的孔隙空間中。由于存在電紡絲步驟，這種制造方法很難擴(kuò)大規(guī)模。此外，使用這種制造方法，只能減小mea膜的厚度。

4、因此，盡管有上述方法，仍期望為mea開發(fā)具有提高的效率和整體性能的新制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的作者開發(fā)了一種膜電極組件(mea)制造方法，其中mea的至少一個(gè)擴(kuò)散層通過增材技術(shù)獲得；并且其中離子交換膜通過增材技術(shù)獲得。這種方法允許獲得厚度減小的mea。這導(dǎo)致在保持所述mea的機(jī)械堅(jiān)固性的同時(shí)，減少了擴(kuò)散屏障。此外，通過所述方法獲得的mea比現(xiàn)有技術(shù)中的其他mea，表現(xiàn)出更好的性能，具有快速的膜活化，并產(chǎn)生相似的電流密度范圍。本發(fā)明的方法作為工業(yè)過程表現(xiàn)出特別的影響，能夠完全自動(dòng)化和可擴(kuò)展。此外，該方法使用低成本和可持續(xù)的材料，導(dǎo)致與傳統(tǒng)的mea制造相比，制造成本降低了至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2、因此，本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及膜電極組件(mea)的制造方法，其包括以下步驟：

3、i.提供：

4、-具有兩個(gè)相對(duì)面的離子交換膜；和

5、-第一擴(kuò)散層和第二擴(kuò)散層，其包括具有兩個(gè)相對(duì)面的碳材料；

6、ii.使用催化劑涂覆：

7、-離子交換膜的一面和擴(kuò)散層之一的一面；

8、-離子交換膜的兩面；或

9、-每個(gè)擴(kuò)散層的一面；

10、iii.將離子交換膜置于第一和第二擴(kuò)散層之間；其中離子交換膜的兩面均與催化劑接觸；和

11、iv.任選地，在壓力和/或熱量下，將第一擴(kuò)散層、離子交換膜和第二擴(kuò)散層接合；

12、其中至少一個(gè)擴(kuò)散層和離子交換膜通過增材技術(shù)獲得。

13、在第二個(gè)方面中，本發(fā)明涉及膜電極組件(mea)，其可通過如本發(fā)明的任何具體實(shí)施方式中限定的制造方法獲得；其中至少一個(gè)擴(kuò)散層的厚度低于30微米；優(yōu)選地，其中至少一個(gè)擴(kuò)散層是氣體擴(kuò)散層。

14、另一個(gè)方面涉及包括隔室的電池，該隔室包括如本發(fā)明的任一實(shí)施方式中限定的膜電極組件(mea)，以及用于連接電源/負(fù)載源的工具。

15、另外的方面涉及如本發(fā)明的任一具體實(shí)施方式中限定的膜電極組件(mea)或如本發(fā)明的任一具體實(shí)施方式中限定的電池用于分析物例如二茂鐵的電化學(xué)檢測(cè)的用途。

16、最后一個(gè)方面涉及如本發(fā)明的任一具體實(shí)施方式中限定的膜電極組件(mea)或如本發(fā)明的任一具體實(shí)施方式中限定的電池用于存儲(chǔ)和/或輸送能量的用途；優(yōu)選地為電力；優(yōu)選地，其中該膜電極組件(mea)或該電池為燃料電池的部分。

技術(shù)特征：

1.一種膜電極組件(mea)的制造方法，其包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述離子交換膜是通過以下方法獲得的質(zhì)子交換膜，所述方法包括以下步驟：(a)通過增材技術(shù)，在基底上沉積組合物，所述組合物在溶劑或溶劑混合物中包含1至30wt％之間的氟化聚合物；以及(b)任選地，將沉積的質(zhì)子交換膜與所述基底分離。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其中所述基底是基于纖維素的基底，例如紙；優(yōu)選地，先前浸泡在組合物中的基于纖維素的基底，該組合物在溶劑或溶劑混合物中包含1至30wt％之間的氟化聚合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求2-3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中步驟(a)的所述沉積通過流延成型技術(shù)進(jìn)行；優(yōu)選地通過刮刀涂布技術(shù)進(jìn)行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中通過增材技術(shù)獲得的所述擴(kuò)散層通過絲網(wǎng)印刷包含碳基材料的油墨；優(yōu)選包含石墨的油墨獲得。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中所述催化劑包括選自ag、pt、ru、ni、co、cu、zn、au、ir、fe、mn、w、mo、pd、in、rh、re、sn、la或其混合物的金屬元素。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的制造方法，其進(jìn)一步包括在所述離子交換膜的兩面涂覆所述催化劑，以獲得催化劑涂覆的離子交換膜；和

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中所述催化劑通過噴涂組合物涂覆，所述組合物包括

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中所述催化劑的量在0.1至10mg/cm2之間。

10.一種膜電極組件(mea)，其通過根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的制造方法可獲得；其中至少一個(gè)所述擴(kuò)散層的厚度低于30微米。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的膜電極組件(mea)，其中所述離子交換膜的厚度低于11微米。

12.一種電池，其包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池，其進(jìn)一步包含集流器，所述集流器包含金屬顆粒；其中所述mea夾在所述集流器之間。

14.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項(xiàng)所述的膜電極組件(mea)或根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的電池用于分析物的電化學(xué)檢測(cè)；優(yōu)選地用于二茂鐵的電化學(xué)檢測(cè)的用途。

15.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項(xiàng)所述的膜電極組件(mea)或根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的電池用于儲(chǔ)存和/或輸送能量，優(yōu)選電力的用途；優(yōu)選地，其中所述膜電極組件(mea)或所述電池為燃料電池的部分。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種膜電極組件(MEA)的制造方法、可通過所述方法獲得的MEA、包含所述MEA的電池、將MEA和電池用于分析物的電化學(xué)檢測(cè)的用途，以及將MEA和電池用于儲(chǔ)存和/或輸送電力的用途。

技術(shù)研發(fā)人員：C·C·德爾加多斯茂,T·H·V·阮,D·M·埃斯佩蘭薩加西亞,M·貝倫格爾阿隆索,P·D·拉查莫西
受保護(hù)的技術(shù)使用者：歐雷卡特基金會(huì)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12