一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法与流程

文档序号:11837643阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种质子交换膜燃料电池膜电极,其特征在于:它是由阴极电极、质子交换膜和阳极电极依次叠加,热压制成的;所述的阴极电极是由气体扩散层和阴极催化剂负载在气体扩散层上形成的阴极催化剂层组成的,所述的阳极电极是由气体扩散层和阳极催化剂负载在气体扩散层上形成的阳极催化剂层组成的;

所述的气体扩散层是由以下制备方法制得的:碳纸或炭布用5~10%PTFE乳液浸泡,在330~370℃烘干;碳粉:水:醇:5~10%PTFE乳液按质量比1:5:20:0.33~1混合,超声波分散制成混合物,将制得的上述混合物负载到处理过的碳纸或炭布上形成负载量为2~5mg/cm2的微孔层,自然干燥后在330~370℃干燥20~60分钟制得气体扩散层;

所述的阴极催化剂层是由以下制备方法制得的:将阴极催化剂混合物负载在气体扩散层上得到阴极催化剂层,阴极催化剂负载量2~6mg/cm2,阴极催化剂层的厚度为10~200微米;

所述的阳极催化剂层是由以下制备方法制得:将阳极催化剂混合物负载在气体扩散层上得到阳极催化剂层,阳极催化剂负载量2~6mg/cm2,阳极催化剂层的厚度为10~200微米。

2.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池膜电极,其特征在于,所述的气体扩散层是由以下制备方法制得的:碳纸或炭布用5%PTFE乳液浸泡,在330~340℃烘干;碳粉:水:醇:5%PTFE乳液按质量比1:5:20:0.33~1混合,超声波分散制成混合物,将前述经过处理的碳纸或炭布放到上述混合物中,超声波振荡,将混合物均匀负载到碳纸或炭布上形成负载量为3mg/cm2的微孔层,自然干燥后在330~340℃干燥30分钟制得气体扩散层。

3.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池膜电极,其特征在于所述的阴极催化剂混合物是由阴极催化剂、水、全氟磺酸树脂溶液与醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例混合,超声分散得到的;所述的阴极催化剂为Pt的负载量为9~50%的Pt/石墨烯或Pt/C;所述的全氟磺酸树脂溶液的质量分数是5%~10%;

所述的阳极催化剂混合物是由阳极催化剂、水、全氟磺酸树脂溶液与醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例混合,超声分散制成乳液;所述的阳极催化剂为Pt、Ru的负载量分别为10~30%、10~15%的PtRu/石墨烯或PtRu/C;所述的全氟磺酸树脂溶液的质量分数是5%~10%。

4.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池膜电极,其特征在于所述的热压温度为60~200℃,热压的压力为0.1~10MPa,热压时间为1~10分钟。

5.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池膜电极,其特征在于所述的热压温度为 125~135℃,压力为3~5MPa,热压时间为2~3分钟。

6.权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于包括以下步骤:

(1)、制备气体扩散层:碳纸或炭布用5~10%PTFE乳液浸泡,在330~370℃烘干;碳粉:水:醇:5~10%PTFE乳液按质量比1:5:20:0.33~1混合,超声波分散制成混合物,将制得的上述混合物负载到前述处理过的碳纸或炭布上形成负载量为2~5mg/cm2的微孔层,自然干燥后在330~370℃干燥20~60分钟制得气体扩散层;

(2)、制备阴极电极:取一片气体扩散层,将阴极催化剂混合物负载在气体扩散层上得到阴极催化剂层,阴极催化剂负载量2~6mg/cm2,阴极催化剂层的厚度为10~200微米;由气体扩散层和阴极催化剂层组成阴极电极;

(3)、制备阳极电极:取另一片气体扩散层,将阳极催化剂混合物负载在气体扩散层上得到阳极催化剂层,阳极催化剂负载量2~6mg/cm2,阳极催化剂层的厚度为10~200微米;由气体扩散层和阳极催化剂层组成阳极电极;

(4)、阴极电极、质子交换膜和阳极电极依次叠加,在温度为60~200℃、压力为0.1~10MPa下热压1~10分钟制成质子交换膜燃料电池膜电极。

7.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于步骤(1)中,碳纸或炭布用5%PTFE乳液浸泡,在330~340℃烘干;碳粉:水:醇:5%PTFE乳液按质量比1:5:20:0.33~1混合,超声波分散制成混合物,将前述经过处理的碳纸或炭布放到上述混合物中,超声波振荡,将混合物均匀负载到碳纸或炭布上形成负载量为3mg/cm2的微孔层,自然干燥后在330~340℃干燥30分钟制得气体扩散层。

8.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于步骤(2)中,所述的阴极催化剂混合物是由阴极催化剂、水、全氟磺酸树脂溶液与醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例混合,超声分散得到的;所述的阴极催化剂为Pt的负载量为9~50%的Pt/石墨烯或Pt/C;所述的全氟磺酸树脂溶液的质量分数是5%~10%。

9.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于步骤(3)中,所述的阳极催化剂混合物是由阳极催化剂、水、全氟磺酸树脂溶液与醇按照1g:5g:0.33~1g:20ml的比例混合,超声分散制成乳液;所述的阳极催化剂为Pt、Ru的负载量分别为10~30%、10~15%的PtRu/石墨烯或PtRu/C;所述的全氟磺酸树脂溶液的质量分数是5%~10%。

10.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于步骤(4) 中,所述的热压温度为125~135℃,压力为3~5MPa,时间为2~3分钟;

所述的质子交换膜为全氟磺酸型质子交换膜Nafion115、Nafion112、Nafion117、Nafion1035中的一种;

所述的醇为乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种。

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