[發(fā)明專利]一種燃料電池膜電極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410060150.1
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN104868130B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮岸柏;馮洪亮;胡清平;井明召;嚴艷明;傅昭
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳華粵寶電池有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于制備質(zhì)子交換膜的方法。

背景技術(shù)

燃料電池發(fā)電是公認的繼火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電后的第四種發(fā)電方式。而擁有高效率、高功率密度、可低溫運行和無污染等優(yōu)點的質(zhì)子交換膜燃料電池則被看作是可為汽車、中小型電站和移動設(shè)備等提供能量來源的較佳候選。質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件是膜電極，由氣體擴散電極和質(zhì)子交換膜構(gòu)成，其中氣體擴散電極(包括陽極和陰極)由擴散層和催化劑層構(gòu)成：擴散層由導(dǎo)電的多孔材料構(gòu)成，起到支撐催化劑層、收集電流、傳導(dǎo)氣體和排水等作用。現(xiàn)有的膜電極催化劑層一般由催化劑(如Pt、鉬或者碳載鉬)和聚合物電解質(zhì)樹脂構(gòu)成，是燃料電池電化學反應(yīng)的場所。

現(xiàn)有膜電極的缺點是：陽極和陰極催化層與質(zhì)子交換膜之間結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致電流密度較低，使用壽命短。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種效率更高、使用壽命更長的燃料電池膜電極的制備方法。

本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種燃料電池膜電極的制備方法，包括以下步驟：

a.膜電極擴散層的預(yù)處理步驟：將具有擴散層的陽極和陰極先放入蒸餾水中進行超聲處理，取出后置于HNO₃和H₂O₂的混合溶液中進行水浴，再置于H₂SO₄溶液中進行超聲處理；

b.陰極催化劑層的制備步驟：將預(yù)處理后的陰極置于二氯四氨合鉑溶液中，交換1-8小時，再加入過量硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全,生成陰極催化劑層；

c.陰極鉑黑層的制備：將步驟b處理后的膜電極置于二氯四氨合鉑溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原10-25分鐘,直至還原完全,生成鉑黑層；

d.陽極鉑銥催化劑層的制備：將預(yù)處理后的陽極置于二氯四氨合鉑和三氯化銥的混合溶液中,交換3-8小時，再加入過量的硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全,生成陽極鉑銥催化劑層

e.陽極鉑銥黑的制備:將步驟d處理后的陽極置于二氯四氨合鉑溶液和IrCl₃溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原10-25分鐘，直至還原完全,生成鉑銥黑層。

優(yōu)選地，所述步驟a中的水浴溫度為60-100℃，水浴時間為2-5小時。

優(yōu)選地，所述步驟a中將陽極和陰極置于H₂SO₄溶液中在50-80℃溫度下進行超聲處理。

優(yōu)選地，所述步驟b中交換1-8小時的具體過程為：先交換1-4小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉑溶液再交換1-4小時。

優(yōu)選地，所述步驟d中交換3-8小時的具體過程為：先交換2-5小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉑溶液和IrCl₃溶液并混合均勻后,繼續(xù)交換1-3小時。

本發(fā)明的有益效果是：通過在質(zhì)子交換膜與陰極之間形成鉑黑層，在質(zhì)子交換膜與陽極之間形成鉑銥黑層，保證了陽極和陰極催化層與質(zhì)子交換膜之間的緊密結(jié)合，經(jīng)實驗檢測電流密度可達350mA/cm²，膜電極的效率更高使用壽命更長。

具體實施方式

實施例1

一種燃料電池膜電極的制備方法包括以下步驟：

a.膜電極擴散層的預(yù)處理步驟：將具有擴散層的陽極和陰極先放入蒸餾水中進行超聲處理，取出后置于HNO₃和H₂O₂的混合溶液中在60℃溫度下進行水浴2小時，再置于H₂SO₄溶液中進行超聲處理；

b.陰極催化劑層的制備步驟：將預(yù)處理后的陰極置于二氯四氨合鉑溶液中，先交換1-4小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉑溶液再交換1-4小時，再加入過量硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全,生成陰極催化劑層；

c.陰極鉑黑層的制備：將步驟b處理后的膜電極置于二氯四氨合鉑溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原20分鐘,直至還原完全,生成鉑黑層；

d.陽極鉑銥催化劑層的制備：將預(yù)處理后的陽極置于二氯四氨合鉑和三氯化銥的混合溶液中,交換4小時，再加入過量的硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全,生成陽極鉑銥催化劑層