[發明專利]質子交換膜燃料電池膜電極的制備方法

無效

• 申請號: 201410082069.3
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103872345A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 王兆生;楊磊;潘粉喬
• 申請（專利權）人: 紹興縣永利新能源研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 連平

技術領域：

本發明涉及燃料電池技術領域，更具體地說涉及一種質子交換膜燃料電池膜電極的制備方法。

背景技術：

目前，燃料電池的催化劑層是通過刷涂、噴涂、印刷等各種工藝手段將催化劑漿料制備到氣體擴散層或質子交換膜的表面，通過該方法形成的催化劑層是一種由很多團聚體構成的無序堆積結構，很多貴金屬催化劑顆粒深埋在團聚體內部，很難起到催化作用，因此，這種無序堆積結構會造成局部質子傳導、電子傳導或氣體傳導的死區、使得催化劑的利用效率低。

發明內容：

本發明的目的就是針對現有技術之不足，而提供一種質子交換膜燃料電池膜電極的制備方法，它提高了燃料電池膜電極上催化劑的利用效率。

本發明的技術解決措施如下：

質子交換膜燃料電池膜電極的制備方法，

1）、無機質子交換膜的制備：

ａ）、首先制備雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液：先將雜多酸加入到水和乙醇的混合溶劑中，其中按重量計水∶乙醇=1∶3～10，雜多酸與水和乙醇混合溶劑的重量比為1∶16～300，攪拌15～30分鐘，然后按重量計無機氧化物前驅體混合溶液∶雜多酸=10∶1～2加入雜多酸，繼續攪拌15～30分鐘，形成雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液；

ｂ）、表面活性劑溶液的制備：按重量計雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液∶表面活性劑=3∶1，將表面活性劑加入雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液中，表面活性劑與水和乙醇混合溶劑的重量比為1∶30～64，攪拌15～30分鐘，制成表面活性劑溶液；

ｃ）、無機質子傳導粉末前驅體制備：將步驟ｂ）制備的表面活性劑溶液緩慢加入至步驟ａ）制備的雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液中，室溫下攪拌1～2小時，制得無機質子傳導粉末前驅體；

ｄ）、無機質子交換膜制備：將步驟ｃ）制備的無機質子傳導粉末前驅體置于培養皿中，在干燥箱中35℃～45℃下熱處理7～10天，然后在溫度350℃～400℃下高溫煅燒1～2小時，得到無機質子傳導粉末，碾磨此無機質子傳導粉末，按重量比無機質子傳導粉末∶熱塑性樹脂粘結劑=1∶1～3將熱塑性樹脂粘結劑和無機質子傳導粉末充分混合攪拌均均后再熱壓制備成無機質子交換膜；

2）、無機質子交換膜－催化層組件的制備：將催化劑、無機質子傳導粉末、熱塑性樹脂粘結劑、電子傳導材料混合均勻得混合物，在混合物中，催化劑、無機質子傳導粉末、熱塑性樹脂粘結劑、電子傳導材料所占重量百分比為：催化劑10～50％、無機質子傳導粉末10～40％、電子傳導材料10～30％、熱塑性樹脂粘結劑10～20％；混合物涂抹在無機質子交換膜的中間位置，厚度為5～30微米，無機質子交換膜的四周預留出1～10毫米用于密封；然后，Ｎ↓［2］氣保護下200℃熱處理3～10分鐘；

3）、無機質子交換膜－催化層組件的密封：采用氣密性好、適應于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料作為密封材料用于密封，在制備過程中，將密封材料直接涂抹于無機質子交換膜四周預留的位置；

4）、無機質子交換膜燃料電池膜電極的制備：在密封好的無機質子交換膜－催化層上直接覆蓋氣體擴散層即得到無機質子交換膜燃料電池膜電極。

本發明的有益效果在于：

它提高了燃料電池膜電極上催化劑的利用效率。

具體實施方式：

實施例：質子交換膜燃料電池膜電極的制備方法，

1）、無機質子交換膜的制備：

ａ）、首先制備雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液：先將雜多酸加入到水和乙醇的混合溶劑中，其中按重量計水∶乙醇=1∶3～10，雜多酸與水和乙醇混合溶劑的重量比為1∶16～300，攪拌15～30分鐘，然后按重量計無機氧化物前驅體混合溶液∶雜多酸=10∶1～2加入雜多酸，繼續攪拌15～30分鐘，形成雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液；

ｂ）、表面活性劑溶液的制備：按重量計雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液∶表面活性劑=3∶1，將表面活性劑加入雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液中，表面活性劑與水和乙醇混合溶劑的重量比為1∶30～64，攪拌15～30分鐘，制成表面活性劑溶液；

ｃ）、無機質子傳導粉末前驅體制備：將步驟ｂ）制備的表面活性劑溶液緩慢加入至步驟ａ）制備的雜多酸與無機氧化物前驅體混合溶液中，室溫下攪拌1～2小時，制得無機質子傳導粉末前驅體；