[發明專利]膜電極以及使用該膜電極的燃料電池

有效

• 申請號: 201210231368.X
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN103531821A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 郭建偉;解孝林;王誠;何向明;魏文娟;趙晨辰
• 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;H01M4/90;H01M8/02;B82Y30/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種膜電極以及使用該膜電極的燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種電化學發電裝置，其將燃料及氧化劑氣體轉化為電能并產生反應產物。相對于堿性電池、鋰電池等其它電池系統，燃料電池具有能量轉換效率高、對環境污染小、適用范圍廣、無噪音以及可連續工作等優點，被廣泛應用于軍事國防及民用的電力、汽車、通信等領域。

燃料電池通?？煞譃閴A性燃料電池、固態氧化物燃料電池、以及質子交換膜燃料電池等。其中，質子交換膜燃料電池近年來發展迅速，越來越受到重視。通常，一個燃料電池堆包括多個單獨的燃料電池單元，一個單獨的燃料電池單元主要包括膜電極（Membrane?Electrode?Assembly，簡稱MEA），導流板（Flow?Field?Plate，簡稱FFP），集流板（Current?Collector?Plate，簡稱CCP）以及相關的輔助部件，如：鼓風機、閥門、管路等。

膜電極通常包括氣體擴散層、催化劑層以及質子交換膜，現有技術中通常采用具有催化活性的貴金屬顆粒與載體如碳顆粒等涂覆于氣體擴散層表面形成催化劑層。然而，催化劑層中的貴金屬顆粒易于團聚，且粒度不均，影響了催化劑的催化活性，進而降低了燃料電池的電流效率。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供膜電極以及燃料電池，該膜電極中的催化劑層具有較好的催化性能，從而能提高燃料電池的電流效率。

一種膜電極，包括：一質子交換膜，該質子交換膜具有相對的兩表面；一第一電極，該第一電極包括一第一氣體擴散層和一第一催化劑層；以及一第二電極，該第二電極包括一第二氣體擴散層和一第二催化劑層，所述第一電極與第二電極分別設置在該質子交換膜相對的兩表面，其中，所述第一催化劑層及第二催化劑層中的至少一個包括碳納米管金屬粒子復合物，所述碳納米管金屬粒子復合物包括：碳納米管，聚合物層包覆在所述碳納米管表面，所述聚合物層具有多個均勻分布的孔隙，以及金屬粒子設置在所述多個孔隙中。

一種膜電極，包括：一質子交換膜，該質子交換膜具有相對的兩表面；一第一催化劑層；以及一第二催化劑層，所述第一催化劑層與第二催化劑層分別設置在該質子交換膜相對的兩表面，其中，所述第一催化劑層及第二催化劑層中的至少一個包括碳納米管金屬粒子復合物，所述碳納米管金屬粒子復合物包括：碳納米管，聚合物層包覆在所述碳納米管表面，所述聚合物層具有多個均勻分布的孔隙，以及金屬粒子設置在所述多個孔隙中。

一種燃料電池，包括：所述膜電極，以及一第一導流板和一第二導流板，所述膜電極設置于第一導流板與第二導流板之間。

相較于現有技術，本發明的膜電極采用碳納米管金屬粒子復合物作為催化劑層的材料，所述碳納米管金屬粒子復合物中的碳納米管表面包覆聚合物，且所述聚合物具有大量的孔隙，所述金屬粒子均勻分散在孔隙中，從而抑制了該金屬粒子之間的團聚，提高了所述金屬粒子的分散性，使該金屬粒子在該載體表面可以均勻穩定地分布，從而提高了該碳納米管金屬粒子復合物的催化性能，進而提高了所述燃料電池的電流效率以及輸出功率。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的碳納米管金屬粒子復合物的制備方法流程圖。

圖2為本發明實施例提供的碳納米管金屬粒子復合物的結構示意圖。

圖3為本發明實施例提供的碳納米管金屬粒子復合物中聚合物和金屬粒子的分布示意圖。

圖4為本發明實施例提供的燃料電池膜電極的結構示意圖。

圖5為本發明實施例提供的燃料電池的結構示意圖。

圖6為本發明實施例1提供的碳納米管金屬粒子復合物的掃描透射電鏡（STEM）照片。

主要元件符號說明