专利名称：一种具有可再生功能的燃料电池膜电极及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池膜电极及其制备方法，特别涉及一种催化剂层具有可再
生功能的燃料电池膜电极及制备方法。该膜电极具有较好的电池性能及较长的使用寿命。
背景技术：
燃料电池具有较高能量转化效率及零排放等优点，因此被认为是未来理想的能量 转换装置及动力源。其中的质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有低温起动性好，而且还 可应用氢作为能源，无疑更具有发展前景。近十几年来，燃料电池技术已得到较大发展，国 际上已相继推出了燃料电池汽车、移动式燃料电池电源、家用燃料电池发电站等，但离燃料 电池的产业还有较大的距离。这主要是因为燃料电池的生产成本较高，目前仍难以被市场 所接受；其次，燃料电池的寿命还远没有过关。这与美国能源部(D0E)5000小时的目标相 比，现在的燃料电池寿命只有2000 3000小时。 从目前研究的结果看，燃料电池寿命的主要影响因素是燃料电池工作中质子交换 膜发生降解，以及催化剂发生不可恢复性失活。研究表明，引起质子交换膜降解的主要原因 是相向渗透的氢、氧在载体表面发生两电子反应，该反应的中间过程有双氧水(H202)生成， 使质子交换树脂分子链的未端基团遭受双氧水自由基的攻击，导致膜发生分解。如果体系 中混入了金属离子(如二价铁离子)，则将会加速膜的降解。金属离子可来源于金属双极 板、歧管、端板或合金催化剂的溶蚀。催化剂的不可恢复性失活与质子交换膜降解是同时 发生的。研究表明，催化剂的失活主要是贵金属催化剂发生了溶解、扩散和沉积或是迁移、 团聚的结果。依据热力学和电化学动力学原理、燃料电池工作的强酸性环境(贵金属需要 与Naf ion等固体酸接触以增大三相反应区)及载体碳材料的低化学稳定性等特征，不难看 出，催化剂的失活是催化剂在燃料电池工作中过程必然发生的。催化剂的失活的最终表现 之一是金属催化剂向催化剂层与质子交换膜的界面迁移或扩散，但由于受质子交换膜的阻 挡，金属催化剂将会在此界面上沉积。当电池经长时间运行后，聚集的金属催化剂就会团聚 或烧结，使催化剂的活性降低。同时，部分催化剂会向膜内迁移。如果在膜内迁移的催化剂 的量进一步累积，则电池就会有发生短路或气体的渗漏(crossover)的危险。
为此，人们开展了提高燃料电池寿命的研究。目前，已在抗降解质子交换膜的研发 方面取得了一定进展。如杜邦公司已推出了具有一定抗化学降解能力的CS系列质子交换 膜，近年来又开发了具有较高尺寸稳定性的膜。在高寿命催化剂的研制方面，已有利用纳米 石墨、碳纳米管作为催化剂载体提高催化剂稳定性的文献报道。但事实上，除了载体的稳定 性提高外，金属催化剂因溶解、扩散或迁移导致的团聚的问题还难以根本上解决。而且使用 碳纳米管等作为催化剂载体，除了制备工艺复杂外，碳纳米管本身也非常昂贵。因此，可以 说目前在长寿命催化剂的研制方面并没有取得实质性突破。
发明内容
本发明目的旨在提供一种催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极及制备方
3法。 实现上述目的的技术方案是 —种燃料电池膜电极，其特征在于，在膜电极阴极侧催化剂层与质子交换膜之间 附加了多孔碳吸附层，所述的多孔碳吸附层由多孔碳材料及质子交换树脂构成，其中，多孔 碳材料是活性碳、碳分子筛或介孔碳。 本发明所述的燃料电池膜电极(membrane electrode assembly,MEA)根据催化剂 层与其它组件的结合方式的不同划分两种，一种是将催化剂涂敷在气体扩散层表面制备的 气体扩散层电极(gas diffusion layer electrode, GDE)而获得的膜电极，本发明称之为 GDE-MEA，另一种是将催化剂涂在质子交换膜两侧(catalyst coated membrane, CCM)获得 的膜电极，本发明称之为CCM-MEA。 本发明所述的催化剂层与背景技术相同，主要由催化剂及质子交换树脂组成。其 中，催化剂又可分为负载型催化剂或无载体型催化剂，其活性成分主要是Pt或Pt合金，如 Johnson Matthey公司生产的Pt/C、 PtRu/C或PtCo/Pt催化剂。其中，质子交换树脂与背 景技术相同，主要是全氟磺酸质子交换树脂，如Nafion⑧树脂或Flemion聚合物。
本发明所述的质子交换膜与背景技术相同，主要是全氟磺酸质子交换膜，如 Nafion⑧膜，或部分氟化质子交换膜，如Ballard公司生产的BAM3G膜，以及非氟质子交换 膜，如Toyota等公司研制的碳氢质子交换膜。 本发明所述的多孔碳材料是活性碳、碳分子筛或介孔碳，主要作为吸附剂使用。碳 分子筛的孔径集中在0. 2 0. 5nm，介孔碳的孔径处于介孔级别(2-50nm)，而活性碳的孔径 分布宽，从微孔到大孔都有，相应的孔容也比碳分子筛的孔容大得多。 本发明所述的燃料电池膜电极的制备方法是将含有质子交换树脂的多孔碳材料 吸附剂料浆涂敷在气体扩散层电极表面，然后将气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得 燃料电池膜电极，即GDE-MEA ;或是将多孔碳材料涂敷在质子交换膜两侧，然后与气体扩散 层热压获得燃料电池膜电极，即GDE-MEA ;或是将多孔碳材料涂敷在质子交换膜两侧，再将 含有催化剂及质子交换树脂的催化剂料浆涂敷在多孔碳吸附层两侧获得燃料电池芯片，或 称为CCM (catalyst coated membrane)，然后再将气体扩散层与CCM进行冷热压或接触，获 得具有多孔碳吸附层的膜电极，即CCM-MEA。具体制备过程为 1、多孔碳材料料浆的制备，以多孔碳材料、质子交换树脂作为固体物，与醇水溶液 按l : 5 30质量比充分混合，其中，多孔碳材料与质子交换树脂的质量比为5 : l
i : 1，醇水溶液中醇所占百分比为o 100%，醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种； 2、在上述多孔碳吸附剂料浆的制备过程中，或者预先对多孔碳材料进行氧 化处理，以增加其亲水性或润湿性，预处理过程是将多孔碳材料置于HN03、 H2S04、 H202、 (NH4)2S208、 NaClO、 HC104或H3P04氧化剂中，在室温-IO(TC下处理1-10小时，然后过滤、去 离子水清洗，并在70-10(TC条件下干燥12-24小时； 3、多孔碳吸附剂层的制备，将多孔碳材料料浆涂敷在作为阴极的气体扩散层电极 表面或是质子交换膜一侧，获得带有多孔碳吸附层的气体扩散层电极或质子交换膜，并在 80-10(TC条件下干燥12-24小时，多孔碳吸附层的干态厚度小于或等于5 y m，通常为0. 5 3 ii m ; 4、气体扩散层的预处理
气体扩散层(碳纸)经聚四氟乙烯疏水剂(PTFE)浸渍处理5 IO分钟，并在 340-35(TC下煅烧20-30分钟，聚四氟乙烯疏水剂的含量20_30wt % ，之后，再在其中的一侧 涂敷一层由聚四氟乙烯疏水剂和导电碳黑组成的复合材料层，其中聚四氟乙烯疏水剂含量 为20wt% -30wt^，经340-35(TC下煅烧20-30分钟后成型，构成水管理层；
5、气体扩散层电极(GDE)的制备 将燃料电池催化剂加入醇水溶液，并与全氟磺酸质子交换树脂充分分散，制备成 催化剂料浆，然后涂敷于经步骤4处理的水管理层表面，并在80-10(TC下真空干燥，催化剂 与全氟磺酸质子交换树脂的质量比为2 : 1 4 : l，醇水溶液比例与步骤l相同，催化剂 与醇水溶液的质量比为i : 1 10 ;
6燃料电池芯片(CCM)的制备 将燃料电池催化剂加入醇水溶液，并与全氟磺酸质子交换树脂充分分散，制备催 化剂料浆，然后涂敷于经步骤3获得带有多孔碳吸附层的质子交换膜两侧，经80-10(TC下
干燥后，获得燃料电池芯片，催化剂与全氟磺酸质子交换树脂的质量比为2 : 1 4 : i，醇 水溶液中醇所占百分比与步骤i相同，催化剂与醇水溶液的质量比为i : i io; 7、膜电极的制备 将涂敷有多孔碳料吸附层的气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得具有多孔碳 吸附层的膜电极(GDE-MEA)，或是将涂敷有多孔碳吸附剂层的质子交换膜与两侧的气体扩 散层电极热压(GDE-MEA)，获得具有多孔碳吸附层的膜电极，或是将步骤4制备的经预处理 气体扩散层步骤6制备的制得燃料电池芯片进行热压或冷接触，获得具有多孔碳吸附层的 膜电极(CCM-NEA)，上述热压的压力、温度及时间分别为1 4MPa、90-120。C及60 120秒。
燃料电池性能测试将制备的膜电极与石墨集流板、镀金端板及聚四氟乙烯密封 圈等组件组装成单电池。其中涂敷有多孔碳料吸附层一侧的电极为阴极。单电池操作条件 为氢/空，常压，阴、阳极均加湿，加湿度为100%，工作温度为70°C。 与背景技术不同，本发明在传统燃料电池的催化剂层与质子交换膜之间附加了一 层多孔碳吸附层，其作用在于对向膜内迁移或扩散的金属粒子或离子进行多层次的吸附 (即表面吸附、浅层吸附及深层吸附)或拦截，以达到阻止其向膜侧或膜内迁移的目的；同 时，重要的是，被多孔碳吸附层吸附的催化剂贵金属粒子(包括迁移吸附的金属粒子及将 催化剂贵金属离子还原后生成的金属粒子)还可沉积在多孔碳吸附层上形成新的催化剂 层，即实现了催化剂层的再生，从而提高燃料电池膜电极寿命。
图1为本发明燃料电池膜电极结构示意图 图中A为气体扩散层，B为涂敷在气体扩散层上的水管理层，C为催化剂层，D为
多孔碳吸附层(位于阴极侧)，E为质子交换膜。 图2本发明燃料电池膜电极部分截面扫描电镜(SEM)照片 图中从上到下依次为多孔碳吸附层和质子交换膜。 图3为分别经过10小时(A)和100小时(B)测试的燃料电池单电池性能，主要用 0. 2A/cm2电流密度下的电压值表示 图中横座标数字1 9代表实施例1 实施例9， 10代表比较实施例1。
图4为分别经过10小时和100小时测试的燃料电池单电池性能在0. 2A/cm2电流 密度下的电压差值 图中横座标数字1 9代表实施例1 实施例9， 10代表比较实施例1。
具体实施例方式
下面通过实施例详述本发明。
实施例1 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为
1、多孔碳料浆的制备 将国产活性碳纤维(比表面积1000 1600m7g)与20wt% H202溶液混合，室温下 处理2小时，然后过滤，用去离子水清洗干净，并在IO(TC下干燥15小时。取2.5g氧化处 理的国产活性碳纤维和19ml 5wt^全氟磺酸质子交换树脂溶液(Nafion⑧，杜邦公司生产) 与35ml 5%乙醇/去离子水溶液混合，高速搅拌1小时，并超声分散25分钟；
2、多孔碳吸附层的制备 将多孔碳料浆涂敷在作为阴极的气体扩散层电极表面，并在IO(TC下干燥12小 时，干态涂层的平均厚度约为4 ii m ;
3、气体扩散层的预处理 气体扩散层(Toray碳纸)经聚四氟乙烯疏水剂浸渍处理10分钟，并在35(TC下煅 烧30分钟，四氟乙烯疏水剂的含量30wt^，之后，再在其一侧涂敷一层由聚四氟乙烯和导 电碳黑(Vulcan XC-72)组成的复合材料层，其中聚四氟乙烯含量为20wt%，经35(TC下煅 烧30分钟后成型，构成水管理层；
4、气体扩散层电极的制备 将lg 40wt% Pt/C催化剂(Johnson Matthey生产)分散于5ml 2%异丙醇/去 离子水溶液中，同时加入6ml 5wt^Nafion⑧树脂溶液(杜邦公司生产)，并在真空条件下充 分分散，制得催化剂料浆，将催化剂料涂于经过预处理的气体扩散层的一侧，10(TC下真空 干燥； 5、膜电极的制备 将全氟磺酸质子交换树膜(NRE 212CS，Nafion③,美国杜邦公司生产)置于两张涂 敷有多孔碳材料吸附剂的气体扩散层电极之间热压，其中，催化剂层与质子交换膜接触，热 压的压力、温度及时间分别为2MPa、12(TC及90秒，膜电极的Pt载量为0. 60mg/cm2 ;
6、燃料电池性能测试 将制备的膜电极与石墨集流板、镀金端板及聚四氟乙烯密封圈等组件组装成单电 池。其中涂敷有多孔碳料吸附层一侧的电极为阴极。单电池操作条件为氢/空，常压，阴、 阳极均加湿，加湿度为100%，工作温度为70°C。
实施例2 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为
1、多孔碳料浆的制备 将导电活性碳Vulcan XC_72(美国Cabot公司生产)与71% HC104氧化剂混合， 在室温下回流3-4小时，然后过滤，用去离子水清洗干净，并在80-9(TC下干燥15小时，取1. 5g经氧化处理的活性碳和7ml 5wt%Naf ion⑧溶液与20ml去离子水溶液混合，高速搅拌 0.5小时，并超声分散IO分钟；
2、多孔碳吸附层的制备 与实施例1相同，只是干态涂层的平均厚度约为3 ii m ;
3、气体扩散层的预处理 将Toray碳纸浸渍于聚四氟乙烯疏水剂处理5分钟，并在35(TC下煅烧20分钟，聚 四氟乙烯疏水剂的含量20wt % ，之后，再在其一侧涂敷一层由聚四氟乙烯和导电碳黑颗粒 组成的复合材料层，其中聚四氟乙烯含量为30wt^，经35(TC下煅烧30分钟后成型，构成水 管理层； 4、气体扩散层电极的制备 与实施例1相同，只是分散溶液为去离子水；
5、膜电极的制备 与实施例1相同，只是热压的压力、温度及时间分别为3MPa、ll(TC及90秒；
6、燃料电池性能测试方法
与实施例l相同。
实施例3 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为
1、多孔碳料浆的制备 将国产椰壳碳(比表面积大于1000m7g)与20% H202溶液混合，室温下处理2小 时，然后过滤，用去离子水清洗干净，并在9(TC下干燥20小时，取4. Og经氧化处理的椰壳 碳和90ml 5wt% Flemion溶液，与240ml去离子水混合，高速搅拌0. 5小时，并超声分散15 分钟； 2、多孔碳吸附层的制备 将多孔碳料浆涂敷在作为阴极的NRE 212CS—侧，并在10(TC下干燥20小时，干态
涂层的平均厚度约为2ym; 3、气体扩散层的预处理 与实施例2相同； 4、气体扩散层电极的制备 将lg 40wt% Pt/C催化剂(Johnson Matthey生产)分散于lml异丙醇溶液中，同 时加入10ml 5wt^Nafion⑧树脂溶液，在真空条件下充分分散，制得催化剂料浆；将催化剂 料涂于经过预处理的气体扩散层的一侧，IO(TC下真空干燥；
5、膜电极的制备 将气体扩散层电极与涂敷有多孔碳吸附剂的质子交换膜热压，热压的压力、温度 及时间分别为lMPa、120。C及120秒，膜电极的Pt载量为0. 60mg/cm2 ;
6、燃料电池性能测试方法
与实施例l相同。
实施例4 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为
1、多孔碳料浆的制备
将国产果壳碳(比表面积大于1000m7g)与10% H2S04混合，在8(TC下处理4小 时，然后过滤，用去离子水清洗干净，并在9(TC下干燥20小时，取2. 4g经氧化处理的果壳碳 和16ml 5wt%Naf ion③溶液，与32ml 15%甲醇/去离水溶液混合，高速搅拌1小时，并超 声分散10分钟；
2、多孔碳吸附层的制备 与实施例3相同，只是干态涂层的平均厚度约为0. 5 ii m ; 3、气体扩散层的预处理 与实施例2相同； 4、气体扩散层电极的制备 与实施例1相同，只是分散溶液为2%异丙醇/去离子水溶液；
5、膜电极的制备 与实施例3相同，只是热压的压力、温度及时间分别为3MPa、ll(TC及90秒；
6、燃料电池性能测试方法
与实施例l相同。
实施例5 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为
1、多孔碳料浆的制备 将活性碳BP2000 (美国Cabot公司生产)与30 % H3P04溶液混合，室温下处理4小 时，然后过滤，用去离子水清洗干净，并在IO(TC下干燥10小时，取2. 4g经氧化处理的活性 碳和90ml 5wt^Nafion⑧溶液，与100ml丙醇溶液混合，高速搅拌1小时，并超声分散25分 钟； 2、多孔碳吸附层的制备 与实施例3相同，只是干态涂层的平均厚度约为5 ii m ;
3、气体扩散层的预处理
与实施例2相同；
4、膜电极的制备 将实施例1步骤4中制备的催化剂料浆涂敷在多孔碳吸附层作为阴极的一则，制 得燃料电池芯片CCM，然后与气体扩散层(碳纸)热压或冷接触，对于热压处理，热压压力、 温度及时间分别为4MPa、12(TC及60秒；
5、燃料电池性能测试方法
与实施例l相同。
实施例6 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为
1、多孔碳料浆的制备取4. 0g BF碳分子筛(德国生产)和90ml 5wt%Naf ion⑧溶液，与240ml异丙醇 溶液混合，高速搅拌0. 5小时，并超声分散15分钟；
2、多孔碳吸附层的制备 与实施例4相同，只是干态涂层的平均厚度约为2 ii m ;
3、气体扩散层的预处理
与实施例2相同； 4、膜电极的制备 与实施例5相同，只是热压的压力、温度及时间分别为2. 5MPa、12(TC及90秒； 5、燃料电池性能测试方法 与实施例l相同。 实施例7 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为 1 、多孔碳吸附剂料浆的制备 将BF碳分子筛与20% (NH4)2S208HN03溶液混合，80。C下处理5小时，然后过滤， 用去离子水清洗干净，并在9(TC下干燥10小时。取3. Og经氧化处理的碳分子筛和20ml 5wt%Naf ion⑧溶液，与200ml异丙醇溶液混合，高速搅拌1. 5小时，并超声分散20分钟； 2、多孔碳吸附层的制备 与实施例3相同，只是干态涂层的平均厚度约为4 ii m ; 3、气体扩散层的预处理 与实施例2相同； 4、膜电极的制备 燃料电池芯片CCM制备方法与实施例5相同，只是CCM与气体扩散层(碳纸)冷 接触； 5、燃料电池性能测试方法 与实施例l相同。 实施例8 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为 1、多孔碳料浆的制备 将国产活性碳纤维与20% NaC10溶液混合，8(TC下处理4小时，然后过滤，用去 离子水清洗干净，并在IO(TC下干燥8小时。取3. Og经氧化处理的碳纤维和20ml 5wt% Naf ion⑧溶液，与200ml异丙醇溶液混合，高速搅拌1小时，并超声分散25分钟； 2、多孔碳吸附层的制备 与实施例3相同，只是干态涂层的平均厚度约为liim; 3、气体扩散层的预处理 与实施例2相同； 4、膜电极的制备 与实施例7相同； 5、燃料电池性能测试方法 与实施例l相同。 实施例9 催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极的制备，制备步骤为 1、多孔碳料浆的制备 将介孔碳CMK-3与20% NaClO溶液混合，8(TC下处理4小时，然后过滤，用去离子 水清洗干净，并在10(TC下干燥8小时，取3. Og经氧化处理的介孔碳和20ml 5wt%Nafion 溶液，与200ml异丙醇溶液混合，高速搅拌1小时，并超声分散25分钟；
0143]2、多孔碳吸附层的制备
0144]与实施例3相同，只是干态涂层的平均厚度约为2 i！ m ;
0145]3、气体扩散层的预处理
0146]与实施例2相同；
0147]4、膜电极的制备
0148]与实施例7相同；
0149]5、燃料电池性能测试方法
0150]与实施例1相同。
0151]比较实施例1
0152]采用背景技术制备燃料电池膜电极，膜电极中不含多孔碳吸附层
0153]1、气体扩散层的预处理
0154]与实施例2相同；
0155]2、气体扩散层电极的制备
0156]与实施例2相同；
0157]3、膜电极的制备
0158]将NRE 了 212CS质子交换膜置于气体扩散层电极之间，其中质子交换膜与催化剂
层侧接触并热压，热压条件与Pt载量与实施例1相同；
5、燃料电池性能测试方法
与实施例l相同； 从测试的试验结果可以看出，采用本发明的膜电极，其性能与背景技术的电池性 能相似(附图3)。但本发明膜电极经100小时运行后，其催化层催化剂活性(以电池极化 曲线中0. 2A/cm2下的电压值表示)的损失量只有背景技术的膜电极的一半左右(附图4)， 说明本发明膜电极的催化剂寿命得到得高，燃料电池寿命得以改善。
10
权利要求
一种燃料电池膜电极，其特征在于在膜电极阴极侧催化剂层与质子交换膜之间附加了多孔碳吸附层，所述的多孔碳吸附层由多孔碳材料及全氟磺酸质子交换树脂构成，其中，多孔碳材料是活性碳、碳分子筛或介孔碳。
2. 权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于制备步骤如下1) 将多孔碳材料及全氟磺酸质子交换树脂作为固体物，与醇水溶液按1 : 5 30的 质量比充分混合，制得多孔碳料浆，其中，多孔碳材料与全氟磺酸质子交换树脂的质量比为5 : i i : 1，醇水溶液中醇所占百分比为o 100%，醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种；或者预先对多孔碳材料进行氧化处理，将多孔碳材料置于HN03、 H2S04、 H202、 (NH4) 2S208、 NaC10、HC104或H3P04氧化剂中，在室温-IO(TC下处理1_10小时，然后经过滤和去离子水清 洗，并在70-10(TC条件下干燥12-24小时；2) 将步骤1中所制备的多孔碳料浆涂敷在作为阴极的气体扩散层电极表面或是质子 交换膜一侧，并在80-10(TC条件下干燥12-24小时，形成多孔碳吸附剂层，多孔碳吸附剂层 的干态厚度小于或等于5ym;其中所述的气体扩散层电极的制备方法是，将燃料电池催化剂加入醇水溶液，并与全 氟磺酸质子交换树脂进行充分分散，制备催化剂料浆，然后涂敷于经过预处理的气体扩散 层表面，并在80-10(TC下真空干燥，催化剂与全氟磺酸树脂的质量比为2 : 1 4 : l，醇水溶液比例与步骤l相同，催化剂与醇水溶液的质量比为l : 1 10;所述的气体扩散层的预处理方法是，将碳纸浸入到聚四氟乙烯疏水剂中，时间为5 10分钟，并在340-35(TC下煅烧20-30分钟，聚四氟乙烯疏水剂的含量20wt% -30wt^，之 后，再在其一侧涂敷一层由聚四氟乙烯疏水剂和导电碳黑组成的复合材料层，其中聚四氟 乙烯疏水剂含量为20wt% -30wt^，经340"350。C下煅烧20-30分钟后成型；3) 将步骤2制备的涂敷有多孔碳吸附层的气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得催 化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极，或是将涂敷有多孔碳吸附剂层的质子交换膜与 两侧的气体扩散层电极热压，获得催化剂层具有可再生功能的燃料电池膜电极，热压的压 力1 4Mpa，温度90-120°C，时间60 120秒；或是将步骤2制备的催化剂层涂敷在具有多孔碳吸附层的质子交换膜的两侧，制得燃 料电池芯片，之后，再与经过预处理的气体扩散层进行热压或冷接触，获得催化剂层具有可 再生功能的燃料电池膜电极，热压的压力1 4MPa，温度90-120°C，时间60 120秒。
3. 如权利要求2所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，制备步骤2中多孔吸 附层的干态厚度为0.5 3iim。
全文摘要
本发明涉及一种具有可再生功能的燃料电池膜电极及制备方法，其特征在于在膜电极阴极侧催化剂层与质子交换膜之间附加了多孔碳吸附层。其中，多孔碳吸附层由多孔碳材料及全氟磺酸质子交换树脂构成。与背景技术不同，本发明在传统燃料电池的阴极层催化剂层与质子交换膜之间附加了多孔碳吸附层，其作用在于对向膜内迁移或扩散的金属粒子或离子进行吸附或拦截，以达到阻止其向膜侧或膜内迁移的目的；同时，更重要的是，被多孔碳吸附层吸附的催化剂贵金属粒子(包括迁移吸附的金属粒子及将催化剂贵金属离子还原后生成的金属粒子)还可沉积在多孔碳吸附层上形成新的催化剂层，从而提高燃料电池膜电极寿命。
文档编号H01M4/86GK101771150SQ20101010078
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者木士春, 陈小晶 申请人:武汉理工大学