专利名称：一种高耐久性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制备方法，特别涉及一种高耐久性燃料电池膜
电极及制备方法。其特点是催化层中添加了多孔吸附材料。
背景技术：
质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)是一禾中将 贮存在燃料中的化学能直接转化为电能的能量转换装置，具有环境友好、能量转换效率高、 寿命长、室温下快速启动等特点，已成为新能源领域的研究热点之一。 膜电极的性能及寿命是影响燃料电池性能及寿命的最重要指标之一。由于燃料电 池在运行过程中，膜电极的运行环境非常恶劣，会造成催化剂颗粒的溶解、迁移及流失，降 低催化剂性能及耐久性；燃料及氧化剂中的杂质气体如C0、硫化物、NH3等对催化剂具有毒 化作用，降低催化剂的性能；并且电池运行过程中产生的杂质金属离子如Fe2+、 Cr3+、 Cu2+等 会对催化层及膜内的树脂材料中的C-C、 C-F等键进行攻击，破坏树脂材料的结构，造成树 脂材料的失效。 专利US2008/003476A1提出向贵金属催化剂中添加氯化物、碘化物、溴化物等物 质以抑制贵金属的长大及溶解流失。专利CN101238610A提出使用高温稳定聚合物作为质 子交换膜，提高了电池工作温度和膜电极寿命。但这些方法都无法有效抵抗杂质离子对膜 的攻击。
发明内容
本发明的目的旨在通过向催化层内添加具有高比表面积、高吸附性的多孔吸附材 料获得一种高耐久性燃料电池膜电极及制备方法。这种多孔吸附材料可以吸附迁移的催化 剂离子或颗粒，减缓因催化剂流失造成的催化活性下降；吸附C0、NH3或硫化物，减少其对催 化剂的毒化作用，提高催化剂的工作效率；并且这种多孔材料可以吸附电池运行过程中产 生的金属离子等杂质，防止杂质对膜电极中的质子交换膜的攻击，提高质子交换膜的使用 寿命，并提高膜电极的使用寿命。目前尚未有该类型催化剂及膜电极的相关文献报道。
实现发明目的的技术方案 —种高耐久性燃料电池膜电极，其特征在于，催化层中添加了具有高比表面积、 高吸附特性的多孔材料，多孔材料在催化层中的质量分数为O. 05% 25%，所述的催化 层，是由催化剂和质子交换树脂组成，所述的具有高比表面积、高吸附性的多孔材料是坡缕 石_海泡石族矿物纤维、蒙脱石、硅藻土、活性炭、分子筛或硅胶。 本发明的技术方案中，所述的坡缕石-海泡石族矿物纤维是坡缕石(凹凸棒石) 或海泡石。 本发明的技术方案中，所述的分子筛是天然沸石、碳分子筛或人工合成沸石。
本发明的技术方案中，所述的天然沸石是丝光沸石或斜发沸石，人工合成沸石是 3A型分子筛、4A型分子筛、5A型分子筛、10X型分子筛、13X型分子筛、钠Y型分子筛或钙Y型分子筛。 本发明所述的催化剂是指Pt、 Pd、 Ru、 Rh、 Ir或0s贵金属;Pt与Pd、 Ru、 Rh、 Ir或 0s的二元合金PtPd、PtRu、PtRh、Ptlr或Pt0s ;铂与其他金属的合金是指Pt、Pd、Ru、Rh、 Ir 或0s贵金属与Fe、 Cr、 Ni、 Co、 Au或Bi形成的二元合金NM， N为Pt、 Pd、 Ru、 Rh、 Ir或0s， M 为Fe、Cr、Ni、Co、Au或Bi ;Pt、Pd、Ru、Rh、 Ir或0s贵金属与Fe、Cr、Ni或Co形成的三元合 金NM^2， N的定义同前述，Mp M2为Fe、 Cr、 Ni及Co中任意两种金属元素的组合物，如FeCo 等，其中Bi、 Fe、 Cr、 Ni和Co为贱金属。 本发明的催化剂载体是碳载体、陶瓷载体、纳米Si02或纳米Ti02。
本发明所述的碳载体为纳米碳黑、纳米石墨球、纳米碳纤维、纳米碳管或介孔碳微 球，所述的纳米碳黑和纳米石墨球，其颗粒的粒径为10 100纳米，所述的纳米碳纤维和纳 米碳管，其直径为2 200纳米，长度为100 10000纳米，所述的介孔碳微球的孔径大小 为2-50纳米。 本发明所述的纳米碳管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。 本发明所述的陶瓷载体是TiSi2、TiB2、TiN、TiC、Ti02、SiC、PbTi03、Ti3SiC、BaPb03、 LaCr03、 TiC/Si3N4或TiAl/TiB2，其粒径为10 200纳米。 本发明所述的质子交换树脂是指具有磺酸基团的全氟磺酸树脂，部分氟化的质子 交换树脂；非氟化的质子交换树脂，如磺化聚砜类树脂、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚苯并咪 唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亚胺树脂、磺化聚苯乙烯树脂或磺化聚醚醚酮树脂。
本发明所述的膜电极(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 。 本发明所述的膜电极的制备方法是将含多孔吸附材料、燃料电池通用催化剂、质 子交换树脂、溶剂的物质制成料浆(slurry)或墨汁(ink)，涂敷在气体扩散层表面制成 气体扩散层电极，然后将气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得的膜电极，即GDE-MEA ; 或是将料浆或墨汁涂敷在质子交换膜两侧，制成燃料电池芯片，或称为CCM (catalyst coatedmembrane)，然后再将气体扩散层与CCM进行冷热压或接触，获得的膜电极即 CCM-MEA。具体制备过程为 1)将多孔吸附材料、催化剂、质子交换树脂、溶剂混合均匀制备成料浆，料浆
的各种成分的质量分数关系为多孔吸附材料催化剂质子交换树脂溶剂=i 5 : io : 2 5 : 50 1000 ;其中所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1-甲
氧基2-丙醇(MOP)、乙醚、石油醚、乙酸乙酯或丙酮； 或者将催化剂加入到去离子水和质子交换树脂的混合液中，其质子交换树脂与催
化剂的质量比为i : 5，充分搅拌调成糊状，再加入纳米吸附材料，超声混合，制备成含有纳
米吸附材料的催化剂料浆； 2)将步骤1制备的燃料电池催化剂料浆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，制得气体扩散层电极； 其中所述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340-350 °C下煅烧20-30分钟，聚四氟乙烯疏水剂的含量 20wt% _30^%，之后，再在其一侧涂敷一层由聚四氟乙烯和导电碳黑组成的复合材料层， 其中聚四氟乙烯含量为20wt% -30wt^，经340-35(TC下煅烧20-30分钟后成型；
3)将步骤2制备的气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得高耐久性燃料电池膜 电极，热压的压力为1 4MPa，温度90-120°C，时间60 120秒； 或是将步骤2制备的复合催化剂料浆涂敷在质子交换膜的两侧，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，获得高耐久性燃料电池膜电
极。热压的压力1 4MPa，温度90-120°C，时间60 120秒。 将制备的复合催化剂组装成单电池，进行电性能测试测试过程如下 单电池组装及测试；采用石墨板为集流板，在一侧开有平行槽，端板为镀金不锈钢
板。将膜电极、集流板、端板及密封材料组装成单电池。单电池操作条件为 (1)直接氢燃料电池(PEMFC) :H2/空气，空气背压为0 ;阳极增湿，增湿度为0
100% ;单电池工作温度为60 8(TC，增湿温度为60 75°C ;阳极气体中。 (2)直接甲醇燃料电池(DMFC):阳极甲醇浓度为2摩尔，流量为5毫升/分钟，阴
极为空气，背压为O。 与现有的背景技术相比，本发明的膜电极具有以下的优点 1、采用具有吸附作用的多孔材料，阻挡了催化剂的迁移，减缓了催化剂的流失，从 而提高催化剂的耐久性； 2、多孔材料能吸附CO、 NH3或硫化物，减少其对催化剂的毒化作用，提高催化剂的 工作效率； 3、多孔材料阻止了电池运行过程中产生的金属离子及其他杂质向质子交换膜的 迁移，防止金属离子及其他杂质对质子交换膜的破坏，提高了质子交换膜的寿命。
通过提高催化剂与质子交换膜的性能与耐久性，使得膜电极的耐久性得到改善。
测试表明，采用本发明的复合催化剂，燃料电池膜电极的的寿命可提高10%以上。
附图1Pt离子流失情况 图中1、普通膜电极，2、加入多孔吸附材料的膜电极。 附图2200小时单电池性能测试结果 图中1、普通膜电极，2、加入多孔吸附材料的膜电极。
具体实施例方式
下面通过实施例详述本发明。
实施例1 1、含坡缕石催化层料浆的制备 按照质量比，坡缕石Pt/c催化剂质子交换树脂溶剂=i : 5 : i : 50的
比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为Nafion⑧树脂溶液(杜邦公司生产)，溶剂为甲 醇； 2、气体扩散层的预处理
5
将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； 3、膜电极的制备 将催化剂料浆涂于经过预处理的气体扩散层的一侧，10(TC下真空干燥，制得气体 扩散层电极；将全氟磺酸质子交换树膜(NRE 212CS，Nafion⑧,美国杜邦公司生产)置于两张气 体扩散层电极之间热压，其中，催化剂层与全氟磺酸质子交换膜接触，热压的压力2MPa，温 度120°C，时间90秒，制得备膜电极。膜电极的催化剂载量为0. 60mg/cm2。
4、单电池组装及测试 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。单电池操作条件为氢/空，常压，阴、阳极均加湿，加湿度为100X，工作温度为7(TC。
测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐 久性提高了 15%。
实施例2 1、含海泡石催化层料浆的制备 按照质量比，海泡石PtPd/SCNTs(SCNTs为单壁碳纳米管)质子交换树脂 溶剂=1 : 10 : 2 : IOO的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为Nafion⑧树脂溶液 (杜邦公司生产)，溶剂为乙醇；
2、气体扩散层的预处理 将碳纸浸渍于聚四氟乙烯疏水剂处理5分钟，并在34(TC下煅烧30分钟，聚四氟 乙烯疏水剂的含量25wt^，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20wt % ，经35(TC下煅烧30分钟后成型，构成水管理 层； 3、膜电极的制备 将催化层料浆涂于全氟磺酸质子交换膜两侧(NRE 212，Nafion⑧,美国杜邦公司生 产)，IO(TC下真空干燥，制得CCM ; 将CCM置于两张气体扩散层之间热压，热压的压力为3MPa，温度IO(TC，时间100 秒，制得备膜电极，膜电极的催化剂载量为0. 40mg/cm2 ;
4、单电池组装及测试 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。 单电池操作条件为氢/空，常压，阴、阳极均加湿，加湿度为80%，加湿温度为 7(TC，工作温度为65t:。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐 久性提高了 18%。
实施例3 1、含蒙脱石催化层料浆的制备
6[oo65] 按照质量比，蒙脱石PtRu/c :质子交换树脂溶剂=3 : io : 3 : iooo的比
例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为磺化聚砜类树脂(自制)，溶剂为乙二醇； 2、气体扩散层的预处理
与实施例l相同；
3、膜电极的制备 将催化层料浆涂于经过预处理的气体扩散层的一侧，10(TC下真空干燥，制得气体 扩散层电极； 将磺化聚砜类树脂铸膜(自制，膜厚50微米)置于两张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，热压的压力为3MPa，温度ll(TC，时间60秒，制得备 膜电极。膜电极的催化剂载量为0.20mg/cm2。 单电池测试条件阳极甲醇浓度为2摩尔，流量为5毫升/分钟，阴极为空气，背压 为0。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐 久性提高了 12.5%。
实施例4 1、含硅藻土催化层料浆的制备 按照质量比，硅藻土 RuAu/MCNTs(MCNTs为多壁碳纳米管)质子交换树脂溶
剂=3 : io : 3 : iooo的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为磺化聚苯并咪唑树
脂(自制)，溶剂为异丙醇；
2、气体扩散层的预处理 将碳纸浸渍于聚四氟乙烯疏水剂处理10分钟，并在34(TC下煅烧25分钟，聚四氟 乙烯疏水剂的含量25wt^，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25wt % ，经34(TC下煅烧25分钟后成型，构成水管理 层； 3、膜电极的制备 将催化层料浆涂于磺化聚苯并咪唑树脂铸膜两侧(自制，膜厚IOO微米)，IO(TC下 真空干燥，制得CCM; 将CCM置于两张气体扩散层之间热压，热压的压力为3MPa，温度IO(TC，时间100 秒，制得备膜电极。膜电极的催化剂载量为0. 40mg/cm2。 单电池测试条件阳极甲醇浓度为2摩尔，流量为5毫升/分钟，阴极为空气，背压 为0。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐 久性提高了 15%。
实施例5 1、含活性炭催化层料浆的制备 按照质量比，活性炭PdNi/sio2催化剂质子交换树脂溶剂= 3 : io : 3 : 1000的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为磺化聚醚醚酮树脂(自
制)，溶剂为丙醇； 2、气体扩散层的预处理
7
与实施例4相同； 3、电极的制备 与实施例4相同，只是采用的质子交换膜为磺化聚醚醚酮树脂铸膜(自制，膜厚80 微米)。 单电池测试与实施例2相同，只是在阳极氢气中添加了 100卯m的H2S。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池对
H2S的耐受性提高了 4倍，单电池耐久性提高了 20%。 实施例6 1、含丝光沸石催化层料浆的制备 按质量比，丝光沸石PtRuFe/Ti02催化剂质子交换树脂溶剂=
4 : io : 4 : 500的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为磺化聚酰亚胺树脂(自
制)，溶剂为丙醇；
2、气体扩散层的预处理
与实施例l相同；
3、膜电极的制备 与实施例4相同，只是采用的质子交换膜为磺化聚酰亚胺树脂铸膜(自制，膜厚50 微米)。 单电池测试与实施例2相同，只是在阳极氢气中添加了 120卯m的CO。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池对
CO的耐受性提高了 3倍，单电池耐久性提高了 16%。 实施例7 1、含斜发沸石催化层料浆的制备 按质量比，斜发沸石PtFeCo/sic催化剂质子交换树脂溶剂=
5 : io : 4 : soo的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为磺化聚苯硫醚树脂(自 制)，溶剂为乙醇； 2、气体扩散层的预处理 与实施例l相同； 3、膜电极的制备 与实施例4相同，只是采用的质子交换膜为磺化聚苯硫醚树脂铸膜(自制，膜厚70 微米)。 单电池测试与实施例2相同，只是在阳极氢气中添加了 180卯m的NH3。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池对
NH3的耐受性提高了 2倍，单电池耐久性提高了 17%。 实施例8 1、含3A型分子筛催化层料浆的制备 与实施例3相同，只是加入的多孔吸附材料是3A型分子筛，催化剂为Ru/TiB2质
子交换树脂是磺化聚磷腈树脂(自制)；
2、气体扩散层的预处理
与实施例l相同；
3、膜电极的制备 与实施例3相同，只是采用的质子交换膜为磺化聚磷腈树脂铸膜(自制，膜厚80微米)。 单电池测试与实施例3相同。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐久性提高了 15%。 实施例9 1、含4A型分子筛催化层料浆的制备 与实施例3相同，只是加入的多孔吸附材料是4A型分子筛，催化剂为PtAu/TiS^质子交换树脂是磺化聚苯乙烯树脂(自制)，溶剂为MOP ; 2、气体扩散层的预处理 与实施例l相同； 3、膜电极的制备 与实施例3相同，只是采用的质子交换膜为磺化聚苯乙烯树脂(自制)。 单电池测试与实施例3相同。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐久性提高了 18%。 实施例10 1、含5A型分子筛催化层料浆的制备 按质量比，5A型分子筛RuCo/TiN催化剂质子交换树脂溶剂=
4 : io : 3 : eoo的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为磺化聚砜类树脂(自制)，溶剂为乙醇； 2、气体扩散层的预处理
与实施例l相同；
3、膜电极的制备 与实施例4相同，只是采用的质子交换膜为磺化聚砜类树脂铸膜(自制，膜厚50微米)。 单电池测试与实施例2相同，只是在阳极氢气中添加了 130卯m的NH3。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池对
NH3的耐受性提高了 1. 8倍，单电池耐久性提高了 13%。 实施例11 1、含10X型分子筛催化层料浆的制备 按质量比，iox型分子筛Pt催化剂质子交换树脂溶剂=i : io : 5 : 650
的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为Nafion⑧树脂溶液(杜邦公司生产)，溶剂为石油醚； 2、气体扩散层的预处理
与实施例l相同；
3、膜电极的制备 与实施例4相同，只是采用的质子交换膜为Nafion⑧211 (杜邦公司生产)。
单电池测试与实施例2相同，只是在阳极氢气中添加了 130卯m的CO。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池对
CO的耐受性提高了 2. 5倍，单电池耐久性提高了 16%。 实施例12 1、含13X型分子筛催化层料浆的制备 按质量比，13X型分子筛PdPt/c催化剂质子交换树脂溶剂=
2 : 10 : 3 : IOOO的比例制备催化层料浆。其中质子交换树脂为Nafion⑧树脂溶液(杜
邦公司生产)，溶剂为甲醇。 2、气体扩散层的预处理
与实施例l相同； 3、膜电极的制备 与实施例4相同，只是采用的质子交换膜为Nafion⑧212 (杜邦公司生产)。 单电池测试与实施例2相同，只是在阳极氢气中添加了 180卯m的H2S。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池对
H2S的耐受性提高了 3倍，单电池耐久性提高了 15%。 实施例13 1、含钙y型分子筛催化层料浆的制备 按质量比，钙y型分子筛PtRu/c催化剂质子交换树脂溶剂=
5 : 10 : 3 : 300的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为Nafion③树脂溶液(杜邦
公司生产)，溶剂为乙醇； 2、气体扩散层的预处理 与实施例l相同； 3、膜电极的制备与实施例3相同，只是采用的质子交换膜为Nafion⑧1135 (杜邦公司生产)。
单电池测试与实施例3相同。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐久性提高了 19%。
实施例14 1、含钠y型分子筛催化层料浆的制备 按质量比，钠y型分子筛Pt/sic催化剂质子交换树脂溶剂=
4 : 10 : 5 : 500的比例制备催化层料浆，其中质子交换树脂为Naficm⑧树脂溶液(杜邦
公司生产)，溶剂为乙醇； 2、气体扩散层的预处理 与实施例2相同； 3、膜电极的制备 与实施例12相同。 单电池测试与实施例3相同。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐久性提高了 11%。
实施例15 1、含碳分子筛催化层料浆的制备 与实施例6相同，只是加入的催化剂为纳米石墨球担载的PtRu，多孔吸附材料是 碳型分子筛； 2、气体扩散层的预处理 与实施例3相同； 3、膜电极的制备 与实施例6相同。 单电池测试与实施例3相同。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐
久性提高了 15%。 实施例16 1、含硅胶催化层料浆的制备 与实施例6相同，只是加入的催化剂为PtAuNi/C，多孔吸附材料是硅胶； 2、气体扩散层的预处理 与实施例l相同； 3、膜电极的制备 与实施例l相同。 单电池测试与实施例1相同。 测试200小时表明，催化剂流失量及杂质金属离子的流出量明显减少，单电池耐 久性提高了 16%。
1权利要求
一种耐久性燃料电池膜电极，其特征在于，膜电极催化层中添加了具有高比表面积、高吸附特性的多孔材料，多孔材料在催化层中的质量分数为0.05％～25％，所述的催化层由催化剂和质子交换树脂组成，所述的具有高比表面积、高吸附性的多孔材料是坡缕石-海泡石族矿物纤维、蒙脱石、硅藻土、活性炭、分子筛或硅胶。
2. 如权利要求l所述的耐久性燃料电池膜电极，其特征在于，所述的坡缕石-海泡石族 矿物纤维是坡缕石或海泡石。
3. 如权利要求1所述的耐久性燃料电池膜电极，其特征在于，所述的分子筛是天然沸 石、碳分子筛或人工合成沸石。
4. 如权利要求3所述的耐久性燃料电池膜电极，其特征在于，所述的天然沸石是丝光 沸石或斜发沸石，人工合成沸石是3A型分子筛、4A型分子筛、5A型分子筛、10X型分子筛、 13X型分子筛、钠Y型分子筛或钙Y型分子筛。
5. 权利要求1所述的耐久性燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，制备方法如下1) 将多孔吸附材料、催化剂、质子交换树脂、溶剂混合均匀制备成料浆，料浆的各种成分的质量分数关系为多孔吸附材料催化剂质子交换树脂溶剂=i 5 : io : 2 5 : 50 1000 ;其中所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1-甲氧基2-丙醇(MOP)、乙醚、石油醚、乙酸乙酯或丙酮；2) 将步骤1制备的料浆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，制得气体扩散层电极；其中所述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和导电碳黑组成的复合材料层，其中聚四氟乙烯 含量为20wt% -30wt^，经340-350。C下煅烧20-30分钟后成型；3) 将步骤2制备的气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得高耐久性燃料电池膜电 极，热压的压力为1 4MPa、温度90-120。C、时间60 120秒；或是将步骤1制备的复合催化剂料浆涂敷在质子交换膜的两侧，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，获得高耐久性燃料电池膜电极，热 压的压力为1 4MPa、温度90-120。C、时间60 120秒。
6. 如权利要求5所述的高耐久性燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，步骤1 :将 催化剂加入到去离子水和质子交换树脂的混合液中，其质子交换树脂与催化剂的质量比为 1 : 5，充分搅拌调成糊状，再加入纳米吸附材料，超声混合，制备成含有纳米吸附材料的催化剂料浆。
全文摘要
一种高耐久性燃料电池膜电极及制备方法。其特点是在催化层制备过程中添加了具有高比表面积、高吸附特性的多孔材料。多孔材料是坡缕石-海泡石族矿物纤维、蒙脱石、硅藻土、活性炭、分子筛或硅胶，多孔材料在催化层中的质量分数为0.05％～25％，催化层由催化剂和质子交换树脂组成。与背景技术不同，本发明在传统催化层制备过程中添加了多孔吸附材料，其作用在于吸附迁移的催化剂离子或颗粒，减缓因催化剂流失造成的催化活性下降；吸附CO、NH3或硫化物，减少其对催化剂的毒化作用，提高催化剂的工作效率；并且这种多孔材料可以吸附电池运行过程中产生的金属离子等杂质，防止杂质对膜电极中的质子交换膜的攻击，从而提高膜电极的使用寿命。
文档编号H01M8/02GK101789509SQ20101010241
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者徐峰, 木士春 申请人:武汉理工大学