[發(fā)明專利]燃料電池復(fù)合電極的制備方法及其測(cè)試裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010606384.3
• 申請(qǐng)日: 2010-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN102088089A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李振華;劉麗芳;王淼;韓立靜;張國俊;宋萌;顧智企;王宏濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;B41M1/12;G01R31/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池復(fù)合電極的制備方法及其測(cè)試裝置。

背景技術(shù)

燃料電池從發(fā)明到現(xiàn)在已有很長的歷史，60年代，燃料電池已成功地應(yīng)用于阿波羅(Appollo)登月飛船。從60年代開始，氫氧燃料電池廣泛應(yīng)用于宇航領(lǐng)域，同時(shí)，兆瓦級(jí)的磷酸燃料電池也研制成功。從80年代開始，各種小功率電池在宇航、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)以后，燃料電池的技術(shù)已經(jīng)日趨完善。國際能源界預(yù)測(cè)，燃料電池是21世紀(jì)最有吸引力的發(fā)電方法之一。

???燃料電池發(fā)電是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，理論上能量轉(zhuǎn)換率為100%，裝置無論大小實(shí)際發(fā)電效率可達(dá)40%～60%，可以實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)入企業(yè)、飯店、賓館、家庭實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)用，沒有輸電輸熱損失，綜合能源效率可達(dá)80%，裝置為集成式結(jié)構(gòu)，容量可小到只為手機(jī)供電、大到和目前的火力發(fā)電廠相比，非常靈活。

本發(fā)明是利用先進(jìn)的新型材料單壁碳納米管薄膜在燃料電池復(fù)合電極方面的研究項(xiàng)目，其依據(jù)是利用單壁碳納米管薄膜所具有的超大表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)性能。此項(xiàng)研究對(duì)于研發(fā)新型、低成本、有商用化前景的燃料電池具有重要意義。

MEA是質(zhì)子膜燃料電池（PEMFC）的電化學(xué)心臟，正是因?yàn)樗淖兓攀沟肞EMFC呈現(xiàn)了今天的蓬勃生機(jī)。早期的復(fù)合電極用Pt量高達(dá)10mg/cm²，Pt的利用率很低。后來，為增加Pt的利用率，使用了Pt/C催化劑，但Pt的利用率仍非常低，直到80年代中期，PEMFC復(fù)合電極的Pt載量仍高達(dá)4mg/cm²。80年代中后期，美國Los?Alamos?國家實(shí)驗(yàn)室（LANL）提出了一種新方法，采用Nafion質(zhì)子交換聚合物溶液浸漬Pt/C多孔氣體擴(kuò)散電極，再熱壓到質(zhì)子交換膜上形成復(fù)合電極。此法大大提高了貴金屬Pt的利用率，將復(fù)合電極的載鉑量降到了0.4mg/cm²。1992年，LANL對(duì)該法進(jìn)行了改進(jìn)，使復(fù)合電極的Pt載量進(jìn)一步降低到0.13?mg/cm²。1995年印度電化學(xué)能量研究中心（CEER）采用噴涂浸漬法制得了Pt載量為0.1?mg/cm²的復(fù)合電極，性能良好。據(jù)報(bào)道，現(xiàn)在LANL試驗(yàn)的一些單電池中，復(fù)合電極上鉑載量已降到0.05mg/cm²。利用單壁碳納米管薄膜為載體，將進(jìn)一步降低貴金屬催化劑Pt的用量。

我國人均能源資源貧乏，在目前電網(wǎng)由主要缺少電量轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕鄙傧到y(tǒng)備用容量、調(diào)峰能力、電網(wǎng)建設(shè)滯后和傳統(tǒng)的發(fā)電方式污染嚴(yán)重的情況下，研究和開發(fā)微型化燃料電池發(fā)電具有重要意義，這種發(fā)電方式與傳統(tǒng)的大型機(jī)組、大電網(wǎng)相結(jié)合將給我國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

燃料電池是一種正在逐步完善的能源利用方式。其投資正在不斷的降低，目前PEMFC的國外商業(yè)價(jià)格為10000元/kW，PAFC的價(jià)格為21000/kW。國內(nèi)富原公司公布其PEMFC接受訂貨的價(jià)格為10000元/kW。其他燃料電池國內(nèi)暫無商業(yè)產(chǎn)品。?

燃料電池作為先進(jìn)的新型的能源將有很大的發(fā)展，燃料電池汽車、電動(dòng)自行車等將隨著石油價(jià)格的不斷上漲而逐漸進(jìn)入市場(chǎng)；另一方面，燃料電池供電及汽車、電動(dòng)車的大量使用，可以有力抑制環(huán)境不斷污染和地球溫暖化。燃料電池和太陽能電池一樣必將受到人們的歡迎。

燃料電池所用的金屬催化劑多數(shù)為貴金屬，由此造成燃料電池成本過高，盡管燃料電池有諸多優(yōu)勢(shì)，但是，至今仍難以大規(guī)模推廣和利用。本發(fā)明盡可能采用價(jià)格相對(duì)低廉的單種金屬或二﹑三元金屬合金，可以降低燃料電池的制造成本，有利于燃料電池的在各個(gè)領(lǐng)域的大量應(yīng)用。

目前，燃料電池復(fù)合電極上的金屬催化劑多采用噴涂、涂抹、用膠水粘貼等工藝，由此，多存在貴金屬消耗量大和分布不均勻等問題，此外，金屬催化劑擔(dān)載量也難以有效控制，更嚴(yán)重的是采用上述方法有的工藝復(fù)雜，有的金屬催化劑的效能低下。本發(fā)明采用電鍍方法，可以簡單、快速、有效地將各種金屬催化劑鍍覆在復(fù)合電極上，并能通過對(duì)電鍍的時(shí)間、電壓等進(jìn)行控制，并采用了先進(jìn)的具有巨大表面積的碳納米管薄膜等先進(jìn)材料，實(shí)現(xiàn)金屬催化劑擔(dān)載量、催化效能、復(fù)合電極制備工藝等方面達(dá)到先進(jìn)水平。采用自行研發(fā)的燃料電池測(cè)試裝置，滿足了燃料電池性能測(cè)試的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燃料電池復(fù)合電極的制備方法及其測(cè)試裝置。

燃料電池復(fù)合電極的制備方法的步驟如下