[發明專利]直接甲醇燃料電池用的復合陽極及制作方法

無效

• 申請號: 200810038159.7
• 申請日: 2008-05-28
• 公開（公告）號: CN101286564A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 楊輝;袁婷;黃慶紅;鄒志青;杜翀;夏保佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

1、直接甲醇燃料電池用的復合陽極，其特征在于所述的復合陽極由支撐層、擴散層和催化層構成，擴散層是由碳納米管構成網絡通道的結構。

2、按權利要求1所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極，其特征在于所述的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。

3、按權利要求1所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極，其特征在于所述的支撐層為碳紙或碳布。

4、按權利要求1所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極，其特征在于所述的擴散層是以碳納米管基的碳材料和粘結劑的混合物；碳納米管基的碳材料為碳納米管和其他碳材料的混合物，其中碳納米管的質量百分含量為100％-20％，所述碳材料為商業化的XC-72碳、XC-72R碳、BP-2000或Ketjen黑活性碳。

5、制作如權利要求1所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極的方法，其特征在于制作步驟是：

①陽極擴散層漿料的制備：將碳納米管或碳納米管與其它碳材料的混合物經超聲分散于異丙醇的水溶液中，按每毫克碳粉0.02-2mL量加入水和異丙醇混合溶液，其中水和異丙醇的體積比控制在0.5-3；碳納米管為不同型號和不同管徑的單壁、雙壁或多壁碳納米管，碳材料為商業化的XC-72碳、XC-72R碳、BP-2000或Ketjen黑活性碳；碳納米管與其它碳材料的質量百分比控制在100％-20％范圍內；將碳納米管和碳材料混合物機械攪拌或超聲攪拌即得到分散均勻的漿液A；

②向漿料A中添加聚四氟乙烯作為粘結劑，經過機械攪拌或超聲攪拌，形成均的漿液B，其中粘結劑占碳材料質量百分數的10-40％；

③擴散層的制備：取碳紙或碳布作為復合電極的支撐層，將步驟②所制得的漿液B通過刷涂或噴涂均勻地涂覆在碳紙或碳布上，經在約300-350℃空氣、氮氣或氬氣中高溫焙燒，即形成支撐層負載的擴散層，其中碳材料的載量控制為0.3-2.5mgcm^-2，聚四氟乙烯在高溫下熔結重新分布，進入擴散層的縫隙中，構成一種網絡通道；

④陽極催化層漿液的制備：催化劑漿液包含貴金屬催化劑、Nafion樹脂和分散劑；其中催化劑為Pt-Ru黑或Pt-Ru/C商業化的貴金屬催化劑；Nafion樹脂占催化層干重的15％-20％，以水和異丙醇的混合液作分散劑，控制在40℃溫度以下超聲攪拌，得到分散均勻的催化劑漿液；

⑤陽極催化層的制備：將步驟④所制得的催化劑漿液均勻的涂覆在步驟③制備的擴散層上，并經105℃下烘干，除盡催化層中殘余的溶劑，然后在150℃下熱處理；得到能高效傳輸液態燃料并催化其發生電化學反應的復合陽極。

6、按權利要求5所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極的制作方法，其特征在于步驟①中碳納米管和碳材料混合物機械或超聲攪拌的時間為0.5-4h。

7、按權利要求5所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極的制作方法，其特征在于作為支撐層的碳紙或碳布的厚度為2μm-2mm。

8、按權利要求5所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極的制作方法，其特征在于步驟④中水和異丙醇的體積比為0.2-2。

9、按權利要求5所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極的制作方法，其特征在于步驟⑤中烘干時間為1-5小時，熱處理時間為5-15分鐘。

10、按權利要求1所述的直接甲醇燃料電池用的復合陽極的制作方法，其特征在于應用于直接甲醇燃料電池的膜電極集合體中，提高燃料電池系統的最大功率密度和恒電流放電的穩定性。