[發(fā)明專利]一種基于非磺酸基親水納米孔道聚合物膜的燃料電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210320859.1
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102832405A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫宏宇;羅俊;朱靜
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

1.一種基于非磺酸基親水納米孔道聚合物膜的燃料電池，其特征在于：所述燃料電池由聚合物膜（1）、催化劑層（2）、氣體擴散層（3）、氣體通道、陽極（7）和陰極（8）組成；在燃料電池中部豎直方向上設(shè)置1層聚合物膜（1），所述聚合物膜（1）為一種本體親水的多孔膜，且不含磺酸基，含有羥基、羧基和環(huán)氧基團中的一種或多種；在聚合物膜（1）兩側(cè)分別設(shè)置一層氣體擴散層（3），并分別與聚合物膜（1）相連；在2個氣體擴散層（3）內(nèi)，緊靠聚合物膜（1）兩側(cè)表面分別設(shè)置一層催化劑層（2）；在2個氣體擴散層（3）外側(cè)表面上分別設(shè)置一個氣體通道；在2個氣體擴散層（3）上部分別設(shè)置1個陽極（7）和1個陰極（8），陽極和陰極的頂端位于電池外部。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非磺酸基親水納米孔道聚合物膜的燃料電池，其特征在于：所述聚合物膜（1）的平均孔徑為20?nm~5?μm；其中，其平均孔徑為20?nm~200?nm時，其孔密度不少于10⁸個/cm²；其平均孔徑為200?nm~1?μm時，其孔密度不少于10⁷個/cm²；其平均孔徑為1?μm~5?μm時，其孔密度不少于10⁶個/cm²。

3.一種如權(quán)利要求1所述的燃料電池的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下：

a.?將聚合物膜在有機溶液中浸泡，除去表面的有機物，然后將膜鋪陳在玻璃片或培養(yǎng)皿上，放入真空干燥箱中，烘干后泡在去離子水中保存?zhèn)溆茫?/p>

b.?將催化劑、聚合物電解質(zhì)材料和分散劑混合，經(jīng)超聲振蕩分散后，形成均勻分散的催化劑混合物，其中，催化劑、聚合物電解質(zhì)材料和分散劑之間的質(zhì)量比為1∶（0.1～10）∶（2～500）；將配制好的催化劑混合物均勻地制備在步驟a中經(jīng)預處理的聚合物膜的兩側(cè)，形成催化劑層，然后切出兩片碳紙，分別蓋住催化劑層后熱壓，制成兩側(cè)載有催化劑層的三合一膜電極組件，并組裝成燃料電池。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池的制備方法，其特征在于：所述有機溶劑為無水乙醇、丙酮或異丙醇。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池的制備方法，其特征在于：所述真空干燥箱的溫度為30?^oC~80?^oC，干燥時間為30?min~24?h。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池的制備方法，其特征在于：所述催化劑為Pt、Ru、Ir、Au、Ni、Co、Zn、Ag金屬單體、所述金屬的合金、以及所屬金屬的氧化物中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池的制備方法，其特征在于：所述聚合物電解質(zhì)材料為濃度為5?wt%的Nafion溶液。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池的制備方法，其特征在于：所述分散劑為異丙醇。