[發明專利]一種微型直接甲醇燃料電池膜電極及其制備方法

在審

• 申請號: 201510510016.1
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105161729A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 劉曉為;馬澤眾;張雪林;張宇峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種微型直接甲醇燃料電池膜電極，由陽極擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層和陰極擴散層所組成，質子交換膜位于中間，其左側依次為陽極催化層、陽極擴散層，右側依次為陰極催化層、陰極擴散層，其特征在于所述陽極擴散層和陰極擴散層使用石墨烯氣凝膠、聚四氟乙烯和碳粉進行微通道構建。

2.根據權利要求1所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極，其特征在于所述石墨烯氣凝膠、聚四氟乙烯和碳粉的質量比為1~5：1~5：90~98。

3.一種權利要求1所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于所述方法步驟如下：

一、陰極和陽極擴散層的制備：

將石墨烯氣凝膠與聚四氟乙烯乳液分散于異丙醇水溶液，超聲振蕩0.5~1h，之后磁力攪拌0.5~1h形成均勻的漿料，然后漿料均勻涂覆在支撐層上，在80~120℃下進行烘干，再在300~380℃、氬氣保護的條件下焙燒20~40min，即得包含微通道的擴散層；

二、陰極和陽極催化層的制備；

三、熱壓形成膜電極。

4.根據權利要求3所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于所述擴散層的載量為1~5mg.cm^-2。

5.根據權利要求3所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于所述陽極催化層的制備方法如下：將PtRu/C或PtRu/炭黑與Nafion溶液分散于異丙醇與水組成的混合溶液中，超聲振蕩0.5~1h形成均勻的催化劑漿料，其中Nafion樹脂占固體總含量的10~40%，將催化劑漿料涂覆在陽極擴散層的表面，在80~120℃的條件下烘干，即得在擴散層上覆蓋催化層的陽極擴散電極。

6.根據權利要求5所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于所述PtRu/C或PtRu/炭黑的載量為2~5mg.cm^-2。

7.根據權利要求3所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于所述陰極催化層的制備方法如下：將Pt/C與Nafion溶液分散于異丙醇與水組成的混合溶液中，超聲振蕩0.5~1h形成均勻的催化劑漿料，其中Nafion樹脂占固體總含量的10~40%，將催化劑漿料涂覆在陰極擴散層的表面，在80~120℃的條件下烘干，即得在擴散層上覆蓋催化層的陰極擴散電極。

8.根據權利要求3所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于Pt/C的載量為2~5mg.cm^-2。

9.根據權利要求3所述的微型直接甲醇燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于所述熱壓形成膜電極的方法為：按照陽極擴散電極、質子交換膜、陰極擴散電極的順序將三者合在一起，于110~200kg.cm^-2、110~140℃條件下熱壓3~8min，即得膜電極。