[發明專利]一種用于制備質子交換膜燃料電池的催化層結構的方法

有效

• 申請號: 201310207900.9
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103280583A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 隋升;蘇凱華;姚先擁;何岸;毛利偉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 劉萬磊

1.一種用于制備質子交換膜燃料電池的催化層結構的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將碳粉和電解質樹脂溶液加入到異丙醇中得到混合液，超聲處理使所述混合液混合均勻，然后將所述混合液分散到質子交換膜上，干燥處理，使膜上形成一層碳粉層，即制得具有碳粉層的質子交換膜；

（2）將所述的具有碳粉層的質子交換膜浸入到含有鉑前驅體和弱還原劑的溶液中，在室溫下靜置48-72小時，取出質子交換膜，用去離子水將質子交換膜反復沖洗幾次，然后進行干燥處理，即制得在所述碳粉層上沉積有鉑納米線催化劑的質子交換膜；

（3）在所述的鉑納米線催化劑表面噴涂一層電解質溶液，然后進行干燥處理，即制得質子交換膜燃料電池的催化層結構。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）和步驟（3）中的干燥處理的具體操作是：在50℃的環境下干燥30分鐘；步驟（2）中的干燥處理的具體操作是：在50℃的環境下干燥10分鐘。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，所述的碳粉為比表面積大于250m²/g的導電碳黑。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，所述的電解質樹脂溶液為質量分數為5-10%的Nafion醇溶液或者水溶液。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，所述的“分散到質子交換膜上”是指通過噴涂、涂刷或印刷的方式散到質子交換膜上。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，所述的具有碳粉層的質子交換膜上的碳粉層的厚度為0.2-10.0微米，其碳載量為0.01-0.30mg/cm²。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，所述的質子交換膜為聚合物膜。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（2）中，所述的鉑前驅體為氯鉑酸或氯亞鉑酸鉀；所述的弱還原劑為甲醛、甲酸、硼氫化鈉、硼氫化鉀或抗壞血酸。

9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（3）中，所述的電解質溶液的制備方法為：將Nafion溶液加入到異丙醇中進行稀釋，然后進行超聲分散處理。

10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所制得的質子交換膜燃料電池的催化層結構中，催化層由碳粉層、鉑納米線層和鉑納米線上的電解質層構成，碳粉層是鉑納米線的生長基體，電解質層均勻分布于鉑納米線層上；其中碳粉層的厚度為0.2-10.0微米，碳粉層中電解質樹脂占碳粉質量分數的5-40%，鉑納米線上的電解質占鉑納米線質量分數的1-10%。