[發明專利]一種具有多孔吸附層的長壽命燃料電池膜電極及制備方法

無效

• 申請號: 201010100757.X
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101853943A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 木士春;徐峰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/02;H01M4/88
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國

1.一種燃料電池膜電極，其特征在于，在催化劑層與質子交換膜之間附加了多孔吸附層，所述的多孔吸附層由多孔硅質材料及全氟磺酸質子交換樹脂構成，其中所述的多孔硅質材料是多孔硅酸巖礦物或材料，包括坡縷石-海泡石族礦物纖維、沸石分子篩、蒙脫石、硅藻土和硅膠。

2.權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述的坡縷石-海泡石族礦物纖維是坡縷石或海泡石。

3.權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述的沸石分子篩是天然沸石或人工合成沸石分子篩，其中天然沸石分子篩是絲光沸石或斜發沸石，人工合成沸石分子篩是3A型分子篩、4A型分子篩、5A型分子篩、10X型分子篩、13X型分子篩、鈉Y型分子篩或鈣Y型分子篩。

4.權利要求1所述的燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于，制備步驟如下：

1)將多孔材料及質子交換樹脂作為固體物，與醇水溶液按1∶5～30的質量比充分混合，制得多孔材料料漿，其中，多孔材料與全氟磺酸質子交換樹脂的質量比為5∶1～1∶1，醇水溶液中醇所占百分比為0～100％，醇為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇中的任一種；

2)將步驟1中所制備的多孔材料料漿涂敷在氣體擴散層電極表面或是質子交換膜兩側，并在80-100℃條件下干燥12-24小時，形成多孔吸附層，多孔吸附層的干態厚度小于或等于5μm；

其中，所述的氣體擴散層電極的制備方法是，將燃料電池催化劑加入醇水溶液，并與全氟磺酸質子交換樹脂進行充分分散，制備成催化劑料漿，然后涂敷于經過預處理的氣體擴散層表面，并在80-100℃下真空干燥，催化劑與全氟磺酸質子交換樹脂的質量比為2∶1～4∶1，醇水溶液中醇所占百分比與步驟1相同，催化劑與醇水溶液的質量比為1∶1～10；

其中氣體擴散層的預處理方法是，將碳紙浸入到聚四氟乙烯疏水劑中，時間為5～10分鐘，并在340-350℃下煅燒20-30分鐘，四氟乙烯疏水劑的含量20wt％-30wt％，之后，再在其一側涂敷一層由四氟乙烯和導電碳黑組成的復合材料層，其中四氟乙烯含量為20wt％-30wt％，經340-350℃下煅燒20-30分鐘后成型；

3)將步驟2制備的涂敷有多孔吸附層的氣體擴散層電極與質子交換膜熱壓，獲得燃料電池膜電極，或是將涂敷有多孔吸附劑層的質子交換膜與兩側的氣體擴散層電極熱壓，獲得燃料電池膜電極，熱壓的壓力1～4Mpa，溫度90-120℃，時間60～120秒；

或是將步驟2制備的催化劑層涂敷在具有多孔吸附層的質子交換膜的兩側，制得燃料電池芯片，之后，再與經過預處理的氣體擴散層進行熱壓或冷接觸，獲得燃料電池膜電極。熱壓的壓力1～4MPa，溫度90-120℃，時間60～120秒。

5.如權利要求4所述的燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于，制備步驟2中多孔吸附層的干態厚度為0.5～3μm。