[發(fā)明專利]一種燃料電池催化層與膜電極組件及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410783318.1
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105762374A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫公權(quán);趙世雄;王素力;夏章訊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M4/86
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種燃料電池催化層，其特征在于：以高分子導(dǎo)電聚合物-電催化劑為骨架的多孔薄層；所述薄層厚度為10-500um；薄層中的孔徑為1-50um；孔壁厚度為0.1-1um。

2.如權(quán)利要求1所述催化層，其特征在于：所述薄層厚度優(yōu)選為50-250um；薄層中的孔徑優(yōu)選為3-10um。

3.一種燃料電池膜電極組件，其特征在于：包括電解質(zhì)膜及附著于電解質(zhì)膜兩側(cè)的第一催化層和第二催化層，所述第一催化層和第二催化層為以高分子導(dǎo)電聚合物-電催化劑為骨架的多孔薄層；所述薄層厚度為10-500um；薄層中的孔徑為1-50um；孔壁厚度為0.1-1um。

4.如權(quán)利要求3所述膜電極組件，其特征在于：所述電解質(zhì)膜為質(zhì)子交換膜時，高分子導(dǎo)電聚合物為陽離子型高分子導(dǎo)電聚合物，其具有傳導(dǎo)H+的能力；所述電解質(zhì)膜為堿性陰離子交換膜時，高分子導(dǎo)電聚合物為陰離子型高分子導(dǎo)電聚合物，其具有傳導(dǎo)OH-的能力。

5.一種權(quán)利要求1或2所述燃料電池催化層的制備方法，其特征在于：將催化劑漿液分散于一基底表面后置于0℃以下冷凍0.1-12h后經(jīng)真空干燥得附著于基底表面的催化層；

所述催化劑漿液包括電催化劑、高分子導(dǎo)電聚合物和溶劑水。

6.如權(quán)利要求5所述催化層的制備方法，其特征在于：所述催化劑漿液中，溶劑的質(zhì)量為電催化劑質(zhì)量的1-20倍；高分子導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量為電催化劑質(zhì)量的0.1-1倍。

7.如權(quán)利要求6所述催化層的制備方法，其特征在于：所述催化劑漿液中，溶劑的質(zhì)量優(yōu)選為電催化劑質(zhì)量的5-10倍；高分子導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量優(yōu)選為電催化劑質(zhì)量的0.25-0.5倍。

8.如權(quán)利要求5所述催化層的制備方法，其特征在于：所述冷凍過程的降溫速率為-20--300℃/min；最低溫度為-170℃；真空干燥過程壓力為10-300Pa。

9.如權(quán)利要求5所述催化層的制備方法，其特征在于：所述基底為電解質(zhì)膜、硅膠硅膠片、塑料板、金屬板、氣體擴(kuò)散層中的一種；當(dāng)所述基底為硅膠硅膠片、塑料板、金屬板中的一種時，將催化層從基底中剝離得到所述催化層。

10.一種權(quán)利要求3或4所述膜電極組件的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，

(1)第一催化層的制備：將催化劑漿液分散于一基底表面后置于0℃以下冷凍0.1-12h后經(jīng)真空干燥得附著于基底表面的催化層；所述催化劑漿液包括電催化劑、高分子導(dǎo)電聚合物和溶劑水；

(2)膜電極組件的制備：當(dāng)步驟(1)所述基底為電解質(zhì)膜時，采用與步驟(1)相同的方法于電解質(zhì)膜的另一側(cè)表面制備第二催化層，得所述膜電極組件；

或當(dāng)步驟(1)所述基底為氣體擴(kuò)散層時，采用與步驟(1)相同的方法于一第二氣體擴(kuò)散層表面制備第二催化層，將第一催化層、電解質(zhì)膜、第二催化層依次疊合或壓合后得所述膜電極組件；

或當(dāng)步驟(1)所述基底為硅膠片、塑料板、金屬板中的一種時，將第一催化層從基底表面剝離；同時采用與步驟(1)相同的方法于硅膠片、塑料板、金屬板中的一種的表面制備第二催化層，并將第二催化層從基底表面剝離；將所得第一催化層、電解質(zhì)膜、第二催化層依次疊合或壓合后得所述膜電極組件；

或當(dāng)步驟(1)所述基底為電解質(zhì)膜時，采用與步驟(1)相同的方法于一第二氣體擴(kuò)散層表面制備第二催化層，將附著有第一催化層的電解質(zhì)膜的電解質(zhì)膜側(cè)與附著有第二催化層的第二氣體擴(kuò)散層的第二催化層側(cè)貼合后，經(jīng)疊合或壓合得所述膜電極組件；

或當(dāng)步驟(1)所述基底為電解質(zhì)膜時，采用與步驟(1)相同的方法于硅膠片、塑料板、金屬板中的一種表面制備第二催化層，并將第二催化層從基底表面剝離；將附著有第一催化層的電解質(zhì)膜的電解質(zhì)膜側(cè)與剝離得到的第二催化層依次疊合或壓合后得所述膜電極組件；

或當(dāng)步驟(1)所述基底為氣體擴(kuò)散層時，采用與步驟(1)相同的方法于硅膠片、塑料板、金屬板中的一種表面制備第二催化層，并將第二催化層從基底表面剝離；將附著有第一催化層的氣體擴(kuò)散層的催化層側(cè)、電解質(zhì)膜、剝離得到的第二催化層依次疊合或壓合后得所述膜電極組件。