[發明專利]燃料電池膜電極

有效

• 申請號: 201110223768.1
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102916198A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 劉志祥;王誠;毛宗強
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種燃料電池膜電極，其包括：一質子交換膜和分別設置在該質子交換膜相對的兩個表面的電極，所述每個電極均包括一催化層，其特征在于，該催化層包括多個管狀載體、均勻吸附在該多個管狀載體內壁的多個催化劑顆粒及填充于該多個管狀載體內的質子導體，該多個管狀載體共同定義了多個反應氣體通道，使反應氣體直接擴散至催化劑顆粒表面，該多個管狀載體具有電子導電性，該多個管狀載體的一端均與所述質子交換膜相連以使填充于該多個管狀載體內的質子導體與所述質子交換膜相接觸。

2.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，該多個管狀載體之間具有多個間隙，從而使反應氣體通過該間隙直接擴散至所述管狀載體的管壁。

3.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，該管狀載體的管壁具有多個孔，從而使反應氣體通過該多個孔直接擴散至所述管狀載體內。

4.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，該多個管狀載體無序排列。

5.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述每個管狀載體在催化層中設置的形狀為直線形、曲線形或Y字形。

6.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述多個管狀載體相互間隔設置。

7.如權利要求6所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述多個管狀載體相互平行且垂直于所述質子交換膜的表面。

8.如權利要求7所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述相鄰兩個管狀載體之間的距離小于50微米。

9.如權利要求7所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述管狀載體的高度為1微米~100微米。

10.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述管狀載體為碳納米管、二氧化鈦納米管、氧化鋅納米管、氧化鈷納米管或五氧化二釩納米管。

11.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述管狀載體為由無定形碳組成的碳納米管。

12.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述管狀載體的直徑為10納米至10微米。

13.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述管狀載體的壁厚為2nm~15nm。

14.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述催化劑顆粒為具為鉑顆粒、金顆粒或釕顆粒。

15.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述催化劑顆粒的粒徑為1納米～8納米。

16.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，該催化劑顆粒在所述電極中的附著量為小于等于0.5mg·cm^-2。

17.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述質子導體為全氟磺酸樹脂或具有質子交換功能和好的熱穩定性的磺化聚合物。

18.如權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，進一步包括氣體擴散層設置于所述催化層遠離所述質子交換膜的一側，該氣體擴散層與多個管狀載體的管壁電接觸。

19.如權利要求18所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述氣體擴散層由導電的多孔材料組成。

20.如權利要求18所述的燃料電池膜電極，其特征在于，該氣體擴散層為碳纖維紙或由多個碳納米管組成的碳納米管薄膜。

21.一種燃料電池膜電極，其包括：一質子交換膜，該質子交換膜具有相對的兩個表面，其特征在于，進一步包括多個管狀載體設置在質子交換膜相對的兩個表面，該多個管狀載體內壁均勻吸附有多個催化劑顆粒，該多個管狀載體內填充有質子導體，該多個管狀載體具有電子導電性，該多個管狀載體的一端均與所述質子交換膜相連，且該多個管狀載體內的質子導體與所述質子交換膜相接觸。