技术领域：
本发明涉及燃料电池的制备领域，具体的涉及一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法。
背景技术：
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直接甲醇燃料电池是以较高的能量转换率将化学能转化为电能的一种能源器件，在发电时不会产生污染物质，相对传统能源更加洁净，而且燃料甲醇价格便宜，以液态形式存在，比起燃料氧气更方便储存和运输，众多优点使得直接甲醇燃料电池成为移动电源和便携式电源的理想选择之一，市场前景十分广阔，因此近年来直接甲醇燃料电池一直是新能源研究领域的学者们的热门研究课题之一。
直接甲醇燃料电池主要发生的是甲醇在催化剂作用下的电催化氧化过程，大量的研宄实验表明，要想制得性能优异的甲醇燃料电池，关键在于得到优异的甲醇催化氧化材料。
专利201410765425.1公开了一种直接甲醇燃料电池的膜电极结构的制备，该膜电极结构包括阳极气体扩散层，阳极微孔层，阳极催化层，质子膜，阴极催化层，阴极微孔层，和阴极气体扩散层。阳极催化层和阴极催化层的制备采用常规的方法。在阳极，催化剂pt/ru和nafion溶液，以及一定量的有机添加剂均匀混合后，均匀涂在微孔层上，或直接喷涂在质子膜上。虽然该制备方法较为简单，但是其采用的催化剂价格较贵，且采用大量的有机溶液，会对环境造成一定的污染，其电催化还原活性有待进一步改善。
技术实现要素：
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本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法。该制备方法简单，易于操作，成本低，制得的甲醇燃料电池能量密度大，燃料利用率高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在300-500℃、200-300mpa下保压20-50min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为20-50nm。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述镍片的厚度为0.05-0.1mm。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述模板为中高碳钢或合金钢。
作为上述技术方案的优选，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l。
作为上述技术方案的优选，所述阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为1-3mg/cm2。
作为上述技术方案的优选，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述硫酸溶液的浓度为1.5mol/l。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用模压成型的方法来制备镍纳米线阵列，操作简单，制备条件温和，成本低；高温模压变形过程中可以同时发生动态再结晶，可以在不发生大的加工硬化的条件下获得缺陷少、质量高的近乎单晶的镍纳米线阵列；而且本发明制备过程中无污染物产生，对设备要求低，成本低；由其作为电还原成催化剂的甲醇燃料电池的能量密度高，燃料的利用率高。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在300℃、200-300mpa下保压20min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；其中，模板为中高碳钢或合金钢；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层；
其中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为20nm；阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为1mg/cm2。
实施例2
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在500℃、200-300mpa下保压50min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；其中，模板为中高碳钢或合金钢；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层；
其中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为50nm；阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为3mg/cm2。
实施例3
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在3050℃、200-300mpa下保压20min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；其中，模板为中高碳钢或合金钢；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层；
其中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为30nm；阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为1.5mg/cm2。
实施例4
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在400℃、200-300mpa下保压30min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；其中，模板为中高碳钢或合金钢；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层；
其中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为30nm；阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为2mg/cm2。
实施例5
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在450℃、200-300mpa下保压40min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；其中，模板为中高碳钢或合金钢；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层；
其中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为40nm；阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为2.5mg/cm2。
实施例6
一种直接甲醇燃料电池膜电极复合体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镍片的一侧表面进行机械抛光处理，然后将抛光后的镍片置于乙醇中超声清洗2-3次，干燥待用；
(2)以孔径尺寸为纳米级的多孔氧化铝为模板，将其与镍片的抛光面接触，一起放置于模具中，在400℃、200-300mpa下保压45min；然后将模具冷却至室温，卸压，从模具中取出多孔氧化铝/镍片，最后将其置于氢氧化钠溶液中，搅拌45-55min，过滤，得到制得镍纳米线阵列的悬浮液；其中，模板为中高碳钢或合金钢；
(3)用憎水处理后的碳纸作为阳极扩散层和阴极分散层；用移液管吸取5ml上述制得的镍纳米线阵列的悬浮液并分别滴加到阳极扩散层和阴极分散层表面，室温干燥，制得阳极催化层和阴极催化层；
(4)质子交换膜置于阳极催化层和阴极催化层的中间，采用硫酸溶液吸附于多孔pefe膜表面作为液体电解质层；
其中，镍纳米线阵列中的纳米线的直径大小为50nm；阳极催化层、阴极催化层中镍纳米线阵列的含量均为1.5mg/cm2。
将上述制得的甲醇燃料电池膜电极复合体以及对比文件1申请号为201410765425.1的专利制得的甲醇燃料电池膜电极复合体分别进行电化学测试，测试温度为20℃，燃料均为3mol/l的甲醇溶液，阴极侧直接暴露在空气中。
结果显示：本发明制得的阳极催化剂层的利用效率高达83.5％以上，而对比文件1中的阳极催化层的利用效率仅为67.3％；由本发明制得的单电池的最大功率密度为73.8mw/cm2，而由对比文件1制得的单电池的最大功率密度仅为43.5mw/cm2。