[發明專利]一種可用于燃料電池的新型膜電極組件,制備方法及其應用

無效

• 申請號: 200910047793.1
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101515648A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 馬建新;鄭俊生;張存滿;喬錦麗;楊代軍;呂洪;汪吉輝
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/96;H01M8/02;H01M4/90;H01M4/92;H01M4/88;H01M8/10;H01M8/12
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張 磊

1、一種可用于燃料電池的新型膜電極組件，其特征在于是一種基于炭基體上生長的納米碳材料的燃料電池膜電極組件，由催化劑活性組分納米碳材料炭基體復合體和質子交換膜及其他組件組合而成。

2、根據權利要求1所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件，其特征在于所述炭基體為碳紙、碳氈或碳布中任一種；所述納米碳材料為納米碳管、納米碳纖維、碳納米角、碳納米分子篩等一維、二維或三維納米碳材料中任一種；所述催化劑活性組分為Pt、Pd、Re、Ir、Os、Fe、Co或Mn；或其合金或復合物；以及大環化合物，氧化物或硫化物中任一種或多種。

3、一種可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于具體步驟為：

(1)對炭基體進行預處理和表面改性；

(2)在步驟(1)所得的炭基體上沉積納米碳材料生長所需要的催化劑；

(3)利用碳源在步驟(2)所得炭基體上生長納米碳材料，得到炭基體-納米碳材料復合體；

(4)對得到的炭基體-納米碳材料復合體進行純化處理和表面改性；

(5)將所需要的燃料電池催化劑活性組分沉積到炭基體-納米碳材料的復合體上；得到的催化劑活性組分-納米碳材料-炭基體復合體和質子交換膜以及其他組件結合，即得到所需燃料電池用膜電極組件。

4、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述沉積生長催化劑采用浸漬法、沉淀法、物理濺射法、微波輔助濺射法、電化學沉積法或電泳沉積法中任一種；所述生長催化劑為Cu、Co、Cr、Mo、Pd、Fe、Ni或Ag中一至幾種。

5、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述碳源為CH₄、CO、CO₂、C₂H₄、C₅H₁₀、C₆H₆、活性炭或炭氣凝膠中任一種；或上述物質的混合物。

6、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述納米碳材料的生長采用氣相化學沉積法或液相化學沉積法中任一種或幾種。

7、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述納米碳材料純化采用氣相氧化、液相氧化或電化學純化中任一種或幾種。

8、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述炭基體-納米碳材料的表面改性采用酸處理、堿處理或空氣處理中任一種或多種。

9、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(5)中所述燃料電池催化劑活性組分的沉積通過化學、物理或物理化學結合的方法在炭基體-納米碳材料復合物上沉積催化劑活性組分。所述的催化劑活性組分為Pt、Pd、Re、Ir、Os、Fe、Co、Mn、或其合金或復合物；或非金屬催化劑活性組分。

10、根據權利要求3所述的可用于燃料電池的新型膜電極組件的制備方法，其特征在于步驟(5)中所述催化劑活性組分的沉積為氣相物理沉積、化學沉積、電化學沉積或電泳沉積中任一種或多種。

11、一種如權利要求1所述的新型膜電極組件用于燃料電池的陰極或陽極組件，或作為燃料電池陽極的一部分，或燃料電池陰極的一部分，或同時作為燃料電池陰極和陽極的一部分。

12、一種如權利要求11所述的燃料電池用于質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、直接甲酸燃料電池、直接乙醇燃料電池或高溫燃料電池。