CN111082071A - 燃料电池的电极组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池的电极组件及其制备方法，涉及燃料电池领域。该燃料电池的电极组件包括：膜层，以及与膜层贴合且可脱离的静电辅助膜，使膜层和静电辅助膜连接的静电吸附力和真空吸附力；膜层和静电辅助膜通过静电吸附力和真空吸附力连接以使膜层能够与静电辅助膜无损地分离；其中，膜层包括质子交换膜和催化剂涂覆膜中的任一种。通过上述设置增加了膜层的机械强度和尺寸稳定性，从而能实现有效抓取、输送以及卷对卷输送，同时脱离静电辅助膜时，又不会粘走膜层表面的催化剂及损伤膜层，保证膜层品质佳。

Description

燃料电池的电极组件及其制备方法
技术领域
本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池的电极组件及其制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种非常具有潜力的未来车用动力源，燃料电池膜电极是燃料电池的“芯片”，是发电的核心部件。
在燃料电池膜电极的生产中，特别是在催化剂涂覆膜(CCM：Catalyst CoatedMembrane)的生产加工中，不管是片材还是卷材，CCM的操控和输送都是非常困难的问题。由于CCM的厚度很薄，通常只有20至30微米，且CCM的主体材料质子交换膜机械强度低，对温湿度敏感。因此在CCM的片材抓取和操控中，CCM特别容易变形、褶皱，在CCM卷材的输送，又会因张力造成CCM“起筋”，以及收卷后CCM自身粘连导致变形褶皱跑偏，以及过辊的时候CCM的催化剂损伤等问题。
有鉴于此，特此提出本申请。
发明内容
本申请提供一种燃料电池的电极组件及其制备方法，以改善上述问题。
根据本申请第一方面实施例的一种燃料电池的电极组件，其包括：
膜层，以及与膜层贴合且可脱离的静电辅助膜，膜层与静电辅助膜的贴合处形成连接区域，连接区域具有静电吸附力和真空吸附力，膜层和静电辅助膜通过静电吸附力和真空吸附力连接以使膜层能够与静电辅助膜无损地分离。
其中，膜层包括质子交换膜或催化剂涂覆膜。
根据本申请实施例的燃料电池的电极组件，通过静电吸附力和真空吸附力能够使静电辅助膜能稳定的粘附于膜层的表面，增加了膜层的机械强度和尺寸稳定性，从而能实现有效抓取、输送以及卷对卷输送，同时由于采用静电吸附力和真空吸附力替代粘黏剂，仅通过静电吸附力和真空吸附力实现二者的连接，因此脱离静电辅助膜的过程中不会粘走膜层的表面的催化剂及损伤膜层，而造成膜层品质不良，并且由于膜层具有一定的透气性，因此也能够保证无损分离的顺利性。
根据本申请第二方面实施例的一种如本申请第一方面提供的燃料电池的电极组件的制备方法，其包括：利用静电辅助膜的静电吸附力将静电辅助膜与膜层贴合，去除连接区域中的空气，使连接区域中形成用于连接静电辅助膜与膜层的真空吸附力。
根据本申请第二方面实施例的电极组件的制备方法，操作方便，有效保证膜层的品质。
本申请的实施例提供的燃料电池的电极组件及其制备方法的有益效果包括：
增加了膜层的机械强度和尺寸稳定性，从而能实现有效抓取、输送以及卷对卷输送，同时脱离静电辅助膜时，又不会粘走膜层表面的催化剂及损伤膜层，保证膜层品质佳。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
现有技术中，使用粘黏剂(压敏胶或热熔胶等)或具有自粘性的材料(如PE)的粘合作用导致的膜层与静电辅助膜连接，但上述方法中，将静电辅助膜脱离膜层时势必会粘走催化剂涂覆膜的催化层的一部分或全部，并且可能拉伤质子交换膜，而造成膜层损伤。催化剂涂覆膜表面的催化剂是发电的关键，如果催化剂Pt载量不够或者分布不均匀，都会影响燃料电池的性能及寿命，因此催化剂涂覆膜表面催化剂局部量减少或者缺失造成的“损伤”是从业者非常关注的问题，也是催化剂涂覆膜的最严重的品质不良问题，而本申请有效解决上述问题。
本申请第一方面提供的一种燃料电池的电极组件，其包括膜层以及与膜层贴合且可脱离的静电辅助膜。换言之，膜层以及静电辅助膜互相连接，并且本领域技术人员能够根据需求将膜层以及静电辅助膜连接以及分开。
其中，连接区域具有静电吸附力和真空吸附力，膜层和静电辅助膜通过静电吸附力和真空吸附力连接以使膜层能够与静电辅助膜无损地分离。
由于膜层和静电辅助膜通过静电吸附力和真空吸附力连接，因此静电辅助膜不具有自粘性以及涂有粘接剂，相比于现有的粘黏作用，有效保证了膜层的完整性以及品质，使得两者在剥离时静电辅助膜不会粘走催化剂涂覆膜表面的催化剂，也不损伤催化剂涂覆膜以及质子交换膜。并且质子交换膜和催化剂涂覆膜均具有一定的气体透过性，以使实际的使用过程中，空气可以通过膜层缓慢的进入连接区域，便于后续需要分开二者时，静电辅助膜能够顺利的无损脱离膜层。
膜层包括质子交换膜或催化剂涂覆膜，其中，质子交换膜包括单独的质子交换膜，也包括单面涂有催化剂的质子交换膜，催化剂涂覆膜则为双面涂有催化剂的质子交换膜。
其中，静电辅助膜所具有的静电吸附力保证膜层与其初步贴合，静电吸附力是静电辅助膜与膜层覆合的基本前提和真空吸附力的补充，始终存在于两种材料之间。如果没有静电吸附力的存在，膜层与静电辅助膜会因为缺少初粘力，覆合难度会很大，且在两者的覆合过程中，容易产生局部相对位移而导致膜层的张力变形和褶皱。并且静电辅助膜和膜层在距离较近但两者还没有接触时候就可以产生静电吸附力，当后续真空吸附力因膜层的气体透过而削弱时，静电吸附力可以保障静电辅助膜和膜层仍保持一定的吸附力而不至于完全脱离开，只要两者的脱离没超过一定程度，没有发生材料间的相互移动导致变形褶皱，两者仍然可以在再次处理，例如辊压时再次产生真空吸附力(同时也会产生分子间作用力)而覆合连接。
可选地，静电辅助膜的表面涂覆有脱模剂，和/或，静电辅助膜由不粘性材料制得。
其中，脱模剂又称离型剂、防粘剂，是一种能降低或消除表面粘连，使难以分离或无法分离的两个表面分隔开的物质。脱模剂包括有机硅系脱模剂、蜡系脱模剂、氟系脱模剂、氟硅系脱模剂、聚烯烃系脱模剂、无机粉末系脱模剂、表面活性剂系脱模剂和聚醚系脱模剂中的任一种；通过脱模剂的使用，可以提供一定的离型力。其中，脱模剂可以在静电辅助膜的表面涂覆的厚度为0.05μm～1μm。
具体地，从组成上分类，液体状脱模剂有矿物油、植物油、动物油、界面活性剂、肥皂、有机硅树脂、含氟树脂、含糖溶液等。粉状脱模剂有石墨、滑石等无机矿物质粉末，以及聚乙烯、聚四氟乙烯等有机高分子粉末，本领域技术人员可根据实际的需求进行具体的脱模剂的选择。
本申请所使用的脱模剂优选为机硅系列脱模剂、有机氟系列脱模剂、氟硅系列脱模剂以及聚烯烃系列脱模剂。
当静电辅助膜的不粘性是由于脱模剂制得时，可选地，静电辅助膜由聚合物和金属材料中的至少一种制备得到，气体透过性低且具有适当的机械强度。
进一步可选地，静电辅助膜由聚合物制得，聚合物包括聚酰胺(PA)、耐热聚酰胺(HPN)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、4-甲基戊烯的聚合物(PMP)、ABS树脂、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯PPN、聚乙烯(PP)、双向拉伸聚乙烯(BOPP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOF)和全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)中的至少一种。
可选地，聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚苯硫醚(PPS)中的至少一种。
可选地，不粘性材料包括4-甲基戊烯(4-methylpentene-1)的聚合物(PMP)，聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)中的至少一种，例如不粘性材料包括上述各具体材料中的任一种。需说明的是，本申请中的静电辅助膜由不粘性材料制得并不是限定制得静电辅助膜的原料全部为不粘性材料，其还是可以适当的包括一些非自粘性材料例如PET的，只要保证最后的成品具有不粘性即可。
可选地，本申请提供的一些实施例中，在静电吸附力的作用下，膜层与静电辅助膜之间的剥离强度为0.1g/25㎜～10g/25㎜，可选为0.1g/25㎜～5g/25㎜；例如为0.3g/25㎜、1g/25㎜、2g/25㎜、3g/25㎜、4g/25㎜或5g/25㎜等，需注意的是，这里的剥离强度是指仅仅在静电吸附力的作用下的剥离强度，可以明显看出，该静电吸附力较小，无法将膜层与静电辅助膜稳定的连接在一起，需注意的是，此处不限定膜层的材料，只要其与静电辅助膜在静电吸附力的作用下满足上述条件即可。
其中，上述在静电吸附力的作用下，膜层与静电辅助膜之间的剥离强度的测试方法可以为：将放置5天以上(充分考虑了静电膜出厂后物流运输以及企业收货检验直到使用的时间)的静电膜，随机抽取3张，裁切成一定尺寸后(如230*440㎜)，使其依靠静电力吸附于垂直的测试面，样张下端用夹具固定砝码容器，并放置一定重量的砝码(如100g或200g)，24小时后，如果样张及砝码下降位移不超过5㎜，则判定样张吸附力合格，否则判定为不合格。
但是随着时间的推移，静电辅助膜的静电吸附力会逐渐衰减，虽然静电膜的衰减比较缓慢，但由于静电力总体来说还是比较弱。因此在使用中，如果对静电力强度的要求较高，那么需要对即时静电加载后的静电辅助膜，尽快与膜层覆和产生真空吸附力，为了实现该目的，可以将静电发生器与静电辅助膜与辊压装置安装在同一个台设备上。本申请提供一种对这种即时静电加载的静电辅助膜试样进行测试的标准是：将静电膜随机抽取3张，裁切成一定尺寸后(如230*440㎜)，使其依靠静电力吸附于垂直的测试面，样张下端用夹具固定砝码容器，并放置一定重量的砝码(如200g或400g)，5分钟后，如果样张及砝码下降位移不超过5㎜，则判定样张吸附力合格，否则判定为不合格。
其中，为了获得持久的静电吸附力，静电辅助膜的静电吸附力由静电发生器或采用等离子方法施加所得，相比于由摩擦等偶然获得的静电吸附力，采用上述方式而产生的静电力，往往会造成材料内部分子结构的改变(或聚合物长链的链形态变化、或基团排列变化)而形成持久的静电力，不会由于其接触导电材料、非导电材料而骤减甚至消失，一般可以存在数月至数年，其中，这种静电可以为正电荷，也可以为负电荷，在此不做限定。
而经过静电发生器处理过的PET静电薄膜，在处理后的第5天至30天以内，其对CCM的180度剥离强度通常在0.1g/25mm至5g/25mm之间。
具体地，静电发生器包括高压电子管式和高压晶体管式两大类，本领域技术人员可根据实际需求选择，在此不做限定。
可选地，由于实际的使用过程中，为了保证膜层与静电辅助膜能够持久的覆合(通过静电吸附力和真空吸附力)在一起，同时顺利的在连接区域形成真空吸附力，静电辅助膜在0.1MPa表压的压差下氮气的透过流量≤5sccm；可选地，静电辅助膜在0.1MPa表压的压差下氮气的透过流量≤1sccm。
同时需注意的是，静电辅助膜的表面平整光滑，没有凸起以及凹槽，以顺利的在连接区域形成真空吸附力。
静电辅助膜需要较为适中的机械强度，同时，太薄的静电辅助膜机械往往不够，在过辊甚至辊压时候自身就会变形，难以保证覆合的膜层的尺寸稳定性，而太厚的静电辅助膜，往往由于机械强度太高，而导致自身应力较大，不容易在辊压或赶压后较好地形成真空吸附力。因此可选地，静电辅助膜的厚度为25μm～150μm，可选为25μm～125μm，可选为50μm～100μm；可选地，静电辅助膜的拉伸强度为120MPa～10000MPa，可选为125MPa～5000MPa。
真空吸附力，实际上来自于两个方面：一是两种材料界面间的空气被排出后局部负压造成大气压将两种材料紧紧压在一起导致的。二是在两种材料因真空吸附力紧密贴合后，会产生一种两种材料分子间作用力。一般在两种材料界面非常光滑且其分子非常接近的时候才会产生这种分子间作用力。由于无法很好的测量分子间作用力，而且其一般随着真空吸附力的产生而产生，随着真空吸附力的消失而消失。因此将分子间作用力和真空吸附力一起统称为真空吸附力。
通过静电吸附力以及真空吸附力连接以后，辅助膜对膜层起到支撑作用，可以使得CCM片材顺利抓取和操控、CCM卷材能在过辊输送以及后续贴边框工艺过程中不会因为温湿度变化而翘曲起筋，也不会因张力而“起筋”而丧失尺寸精度。
虽然真空吸附力使得辅助膜可以很好的支撑膜层，但过大的真空力，在膜层剥离的时候，容易导致聚合物薄膜粘附走催化剂涂覆膜表面的催化剂涂层，因此，可选地，在真空吸附力的作用下，膜层与静电辅助膜的剥离强度为10g/25㎜～100g/25㎜，例如为10g/25㎜、15g/25㎜、17g/25㎜、25g/25㎜、30g/25㎜、50g/25㎜、60g/25㎜、70g/25㎜、90g/25㎜等中的任一值或任意两点之间的值，需注意的是，这里的剥离强度是指仅仅在真空吸附力的作用下的剥离强度，需注意的是，此处不限定膜层的材料，只要其与静电辅助膜在真空吸附力的作用下满足上述条件即可。
最后，膜层与静电辅助膜之间的剥离强度为0.1g/25㎜～100g/25㎜，可选为0.2g/25㎜～50g/25㎜，可选为0.3g/25㎜～30g/25㎜；需注意的是，此处的膜层与静电辅助膜之间的剥离强度是静电吸附力、可选地离型力、真空吸附力以及膜层的气流透过等共同作用下，膜层与静电辅助膜之间最终的剥离强度，保证静电辅助膜有效支撑膜层的同时便于顺利的脱离，不破坏膜层及催化剂涂层。
需要说明的是，燃料电池的电极组件适用的场景是很灵活的，其可以用于在质子交换膜、带一面催化剂的质子交换膜、催化剂涂覆膜(也即是带两面催化剂的质子交换膜)的加工制造过程中。
在催化剂涂覆膜的加工制造过程，可以采用：带一面底膜的质子交换膜原材料，在不带底膜的一面涂覆催化剂并形成第一面催化剂层(并烘干)，然后在第一催化剂层覆合静电辅助膜，剥去底膜并在质子交换膜原材料的剥去底膜的一面涂覆催化剂形成第二催化剂层。且制备完成后，无需去除静电辅助膜，可以进入后续的贴边框工序，需要时再去除静电辅助膜即可，有效支撑催化剂涂覆膜。
本申请提供上述的燃料电池的电极组件的制备方法，其包括：
S1.利用静电辅助膜的静电吸附力将静电辅助膜与膜层贴合。
S2.去除连接区域中的空气，使连接区域中形成用于连接静电辅助膜与膜层的真空吸附力。
其中步骤S2中，去除连接区域中的空气的方法包括：通过辊压或赶压的方式消除连接区域中的空气，从而造成局部负压，使两者更紧密结合。辊压或赶压时候，还可以同时加热，或抽真空，以增强排气的效果，更好地形成界面间的局部真空负压从而增强持久粘性。的真空负压造成的持久粘性，只要两者的界面间不进入空气，其结合力就不会消失，
常见的静电辅助膜与膜层的辊压覆合工位为一个胶辊、一个钢辊，或者两个胶辊，胶辊硬度一般为邵氏(A)50～90度。上辊往往还会安装气缸以增加辊压的压力。此时辊压力等于气缸产生的压力加上上辊的自重产生的压力之和，具体可参阅相关技术。
本发明实验中所用到的辊压机构中，上辊为邵氏(A)70度聚氨酯胶辊，有效幅宽350㎜；所使用的加压气缸为亚德客型SC32型气缸(缸径32㎜)，共2个，位于上辊的两端，工作气压为0.2MPa压缩空气(可调)，上辊及辅助配件自重为32kg。因此，产生的辊压力为：
π·(0.032/2)2×2·0.2×106+32＝353.5(kgf)
由于胶辊会在压力下产生变形，受力面积难以估算，因此辊压产生的压强无法精确计算，需要用富士特超低压压敏纸(LLLW，测试范围0.2～0.6Mpa)辊压后，比对色标卡进行测试。一般压敏纸变色较轻微，提示压强在0.2～0.6Mpa范围内，其也可以采用相关领域中其他的辊压机构，在此不做赘述。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
制备CCM片材的方法为：
使用
Figure BDA0002349147380000101
M815.15质子交换膜(以下简称为质子交换膜)，厚度15μm，该质子交换膜自带一层75μm厚的可脱离的底膜。
将原材料带底膜裁切成170㎜*200㎜的片材，此时难度较小；然后对该质子交换膜无底膜的一侧(也即是质子交换膜的第一面)涂覆催化剂并烘干，得到第一样品。
将第一样品放在真空吸附平台上抚平，并覆合静电辅助膜，静电辅助膜通过静电吸附力与第一样品具有催化剂的一侧初步粘合并在二者的贴合处形成连接区域，然后通过辊压将连接区域内的气体排出形成真空吸附力，使两者结合非常紧密，花费时间大约3分钟。然后剥去原有的底膜，对质子交换膜的第二面(与第一面相对)涂覆催化剂，此时因为静电辅助膜的支撑，质子交换膜溶胀变形程度非常轻微，第二面的涂覆按原计划的时间完成。整个过程没有出现长时间的摆正、抚平质子交换膜的过程，也顺利完成了两面催化剂的涂覆，效率明显提高。
其中，静电辅助膜由PET制得，厚度为50μm，其在23℃下，50％相对湿度，每m2的PET薄膜，0.1MPa表压的压差下氮气的透过流量约为0.012SCCM。
其中，静电辅助膜的表面涂有涂覆厚度在0.3±0.05μm的道康宁Sly-off SL160脱模剂。
实施例2
制备生产CCM卷材的方法：
使用
Figure BDA0002349147380000111
M815.15质子交换膜，厚度15μm，幅宽340㎜，原材料带一层75μm厚的底膜。
将质子交换膜进行双面连续转印后，对得到的催化剂涂覆膜进行收卷前在任意一面覆合一层实施例1提供的静电辅助膜，由于静电吸附力的存在，静电辅助膜能够与质子交换膜之间初步贴合并在贴合处形成连接区域，然后辊压排除连接区域的气体，此时位于连接区域的质子交换膜和辅助膜之间形成真空吸附力，进而使二者有效结合到一起。
收卷张力设定为30N，在后续收卷中，带静电辅助膜的催化剂涂覆膜能平稳有效收卷，收卷边缘的对齐度为±1㎜。在贴边框工序中，开卷后发现催化剂涂覆膜平整无褶皱，也未发现有局部催化剂被粘走的现象，催化剂涂覆膜品质良好。
实施例3
制备生产CCM卷材的方法，其与实施例2的区别仅在于，静电辅助膜静电辅助膜的表面涂有涂覆厚度在0.1±0.05μm厚度的氟素脱膜剂，其结果与实施例2相似。
对比例1
现有的制备CCM片材的方法为：使用
Figure BDA0002349147380000121
M815.15质子交换膜(以下简称为质子交换膜)，厚度15μm，该质子交换膜自带一层75μm厚的可脱离的底膜。
将该带底膜的质子交换膜裁切成170㎜*200㎜的片材，此时难度较小；然后对该质子交换膜无底膜的一侧(也即是质子交换膜的第一面)涂覆催化剂并烘干，得到第一样品。
然后剥去第一样品原有的底膜，放在真空吸附平台上抚平，准备对质子交换膜的第二面(与第一面相对的)进行催化剂涂覆，但由于质子交换膜因为其厚度薄、强度差，对湿度敏感，放在空气中很快变得皱巴巴，因此需要放在真空吸附平台上抚平时，需要操作人员反复的拉扯、摆正并抚平质子交换膜，此过程大约花费10分钟以上，且质子交换膜亦不甚平整，然后对质子交换膜的第二面涂覆催化剂，此时质子交换膜发生溶胀，外观非常的不平整，使得涂覆过程难以有效进行，即使降低品质要求将第二面的催化剂勉强涂覆完成，也需要花费较多时间。
对比例2
现有的制备生产CCM卷材的方法：
使用
Figure BDA0002349147380000122
M815.15质子交换膜，厚度15μm，幅宽340㎜，原材料带一层75μm厚的底膜。
将质子交换膜进行双面连续转印后，对得到的催化剂涂覆膜进行收卷。由于质子交换膜机械强度很差，当收卷张力小于10N时，催化剂涂覆膜因为张力太小而歪歪扭扭无法平整收卷。当收卷张力大于10N时候，催化剂涂覆膜“起筋”，虽然收卷相对齐了一些，但收卷后局部变形，在卷芯上沿着卷芯的宽度方向形成一道一道的“波浪“，收卷长度仅仅5米，再开卷时，催化剂涂覆膜就因此张力而局部拉伸变形，后续贴边框工序无法再使用。而且由于催化剂涂覆膜材料之间互相粘附而造成局部催化剂被粘走，催化剂涂覆膜的品质较差。
试验例1
提供两种静电辅助膜分别作为1#辅助膜和2#辅助膜。
其中，1#辅助膜为市售的普通非改性50μm厚的PET薄膜，2#辅助膜为东丽TorayH10 50μm PET薄膜，后者纯度高于前者，采用相同的方法相同的高压静电发生器按照相同的方式处理相同时间，两个静电辅助膜的表面均涂覆道康宁Sly-off SL160脱模剂，其属于有机硅类脱模剂，所使用的量是1.5ug/cm2，厚度约为0.3μm。
然后采用如下方法测试：
将涂有脱模剂的1#辅助膜和2#辅助膜分别与催化剂涂覆膜经静电力初粘并经相同的辊压产生真空吸附力覆合到一起后，静电辅助膜和催化剂涂覆膜之间的最大剥离力F主要取决于静电力F1、真空吸附力F2以及离型力F3，其关系式如下：
F＝F1+F2-F3
静电力F1如前，取决于材料特性，以及材料经静电处理后放置的时间。衰减后残余值越大，F1越大。
F3由脱模剂的种类以及其与辅助膜的匹配特性决定。当脱模剂的种类以及其与辅助膜的匹配特性一定时，其为一定值。离型力F3的效果是削弱静电辅助膜和催化剂涂覆膜的结合力，因此关系式中是减去F3。
真空吸附力F2是关系式中最主要的因素。一般辊压力越大，F2越大。但F2存在一个最大值，当辊压力达到一定值后，F2不再上升。F2由真空吸附力F2a和材料分子间作用力F2b构成，因此F2＝F2a+F2b。
但F2a和F2b的大小难以精确测量，只能通过剥离强度测试法测试F、F2及F3计算而来。
本发明使用Labthink FPT-F1剥离试验仪按ISO 527-3-2018测试F、F1和F2。使用如前的辊压装置，气缸气压设置为0时，使静电辅助膜与催化剂涂覆膜通过辊压工位覆合后，测试其剥离力，可以得到F1；气缸气压设置为0.2MPa时，使静电辅助膜与CCM通过辊压工位覆合后，测试其剥离力，可以得到F；通过对比测试未涂脱模剂和已涂脱模剂的静电辅助膜与CCM的剥离力的差值，可以得到F3；F2可以由F、F1及F3的值计算而来。
结果如表1所示。
表1测试结果
Figure BDA0002349147380000141
通过表1可以看出，1#辅助膜与2#辅助膜的静电力F1以及离型力F3相差不多，但1#辅助膜的真空吸附力F2比2#辅助膜的明显低很多，原因可能是2#辅助膜的纯度比1#辅助膜的纯度高所导致的。
综上，本申请提供的燃料电池的电极组件及其制备方法，适用范围广，不仅增加了膜层的机械强度和尺寸稳定性，从而能实现有效抓取、输送以及卷对卷输送，而且在脱离静电辅助膜时，又不会粘走膜层表面的催化剂及损伤膜层，保证膜层品质佳。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的电极组件，其特征在于，其包括：
膜层；
与所述膜层贴合且可脱离的静电辅助膜，所述膜层与所述静电辅助膜的贴合处形成连接区域，所述连接区域具有静电吸附力和真空吸附力；所述膜层和所述静电辅助膜通过所述静电吸附力和所述真空吸附力连接以使所述膜层能够与所述静电辅助膜无损地分离；
其中，所述膜层包括质子交换膜或催化剂涂覆膜。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述静电辅助膜的表面涂覆有脱模剂，和/或，所述静电辅助膜由不粘性材料制得；
可选地，所述脱模剂包括有机硅系脱模剂、蜡系脱模剂、氟系脱模剂、氟硅系脱模剂、聚烯烃系脱模剂、无机粉末系脱模剂、表面活性剂系脱模剂和聚醚系脱模剂中的任一种。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述静电辅助膜在0.1MPa表压的压差下氮气的透过流量≤5sccm；
可选地，所述静电辅助膜在0.1MPa表压的压差下氮气的透过流量≤1sccm；
可选地，所述静电辅助膜由聚合物和金属材料中的至少一种制备得到；
可选地，所述静电辅助膜由所述聚合物制得，所述聚合物包括聚酰胺、耐热聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚、4-甲基戊烯的聚合物、ABS树脂、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、乙烯、双向拉伸聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、乙烯乙烯醇共聚物和全氟乙烯丙烯共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述静电辅助膜的静电吸附力由静电发生器或采用等离子方法施加所得。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的电极组件，其特征在于，在所述静电吸附力的作用下，所述膜层与所述静电辅助膜之间的剥离强度为0.1g/25㎜～10g/25㎜，可选为0.1g/25㎜～5g/25㎜。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的电极组件，其特征在于，在真空吸附力的作用下，所述膜层与所述静电辅助膜的剥离强度为10g/25㎜～100g/25㎜。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的电极组件，其特征在于，所述静电辅助膜的厚度为25μm～150μmμm，可选为25μm～125μmμm，可选为50μm～100μm；
可选地，所述静电辅助膜的拉伸强度为120MPa～10000MPa，可选为125MPa～5000MPa。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的电极组件，其特征在于，所述膜层与所述静电辅助膜之间的剥离强度为0.1g/25㎜～100g/25㎜，可选为0.2g/25㎜～50g/25㎜，可选为0.3g/25㎜～30g/25㎜。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的燃料电池的电极组件的制备方法，其特征在于，其包括：利用所述静电辅助膜的静电吸附力将所述静电辅助膜与所述膜层贴合，去除所述连接区域中的空气，使所述连接区域中形成用于连接所述静电辅助膜与所述膜层的真空吸附力。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，去除所述连接区域中的空气的方法包括：通过辊压或赶压的方式消除所述连接区域中的空气。
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