[發明專利]一種憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極的制備方法

有效

• 申請號: 201710116368.8
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106654296B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 陳融;周江東;張寶春;朱光明
• 申請（專利權）人: 南通百應能源有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 11335 北京匯信合知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫民興<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極的制備方法，具體是在陰極Pt催化劑層和氣體擴散層之間噴涂一層含有氟化硅氧烷的憎水透氧膜，然后兩層復合形成陰極。由于氟化硅氧烷具有選擇性地允許氧分子透過的特性，而阻止空氣中大部分其他氣體，采用本發明方法制備的質子交換膜燃料電池陰極可以提高陰極氧含量，在用于氫?空燃料電池時可以比傳統陰極采用較低的陰極進風風壓和流量，而達到同樣的發電效率。本發明的優點是可以使所制得的陰極在常規陰極進氣壓力和流量的情況下，使陰極Pt催化劑獲得較高的氧氣供應。

技術領域

本發明涉及燃料電池制造領域，具體地說涉及到質子交換膜燃料電池陰極制備技術，是一種憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極的制備方法。

背景技術

對于以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池，燃料電池的電化學催化活性主要受陰極制約，這是因為Pt催化劑對陰極氧氣的還原反應(ORR)催化活性低。為了提高整個電堆的功率密度，升高催化劑的工作溫度是常采用的一種方法，但電堆的工作溫度受質子交換膜熱穩定性的制約，通常不宜超過65℃。另一種方法是加大陰極的氧氣供應量或提高氧分壓。對于以空氣為氧源的氫-空質子交換膜燃料電池，增大氧氣供應量意味著在陰極需要輔助以一個大流量風機，這不僅增大了輔助系統的功率消耗，還會引起電堆水管理的一系列問題。提高陰極進氣壓力可以提高氧分壓，但由于空氣中的氧氣含量僅21％，增加陰極進氣壓力對提高氧分壓的作用十分有限，卻大大增加了質子交換膜破裂的風險。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極的制備方法，可以使所制得的陰極在常規陰極進氣壓力和流量的情況下，使陰極Pt催化劑獲得較高濃度的氧氣供應。

本發明的技術方案：

一種憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極的制備方法，具體在于：一種憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極，由Pt催化劑層和氣體擴散層組成。在氣體擴散層上與Pt催化劑層接觸的一側涂覆氟化硅氧烷溶液，或者氟化硅氧烷與聚丙烯、聚四氟乙烯和聚砜的混合溶液，待溶劑揮發后在氣體擴散層的一側形成無孔或者微孔氧氣滲透膜。將此側與Pt催化劑層貼合形成所述憎水透氧質子交換膜燃料電池陰極。無孔或者微孔氧氣滲透膜的制備方法：將氟化硅氧烷溶液，或者氟化硅氧烷與聚丙烯、聚四氟乙烯和聚砜的混合溶液涂覆在所述的氣體擴散層上與Pt催化劑層接觸的一側，然后去除溶劑。

a在上述方法中，氟化硅氧烷在所制得的氧氣滲透膜的化學組分中不少于50％質量百分數。

所述a中，氟化硅氧烷含有一個或多個全氟烷基、全氟醚或/和全氟聚醚基團。

在所述方法中，通過改變所述a中所描述的氣滲透膜中其他化學組分的種類和含量，調節所制陰極的憎水性。

所制陰極的憎水性用水的接觸角來表征。

本發明的優點是可以使所制得的陰極在常規陰極進氣壓力和流量的情況下，使陰極Pt催化劑獲得較高的氧氣供應。在陰極催化層與氣體擴散層之間加一層憎水透氧膜，這層膜可以選擇性地使空氣中的氧氣通過，到達催化層，而其他氣體通過的阻力增大，透過率低。同時該膜還具有可調節的憎水性能，可以阻止陰極產生的水將氣體擴散層淹沒，保證氣路的暢通。本發明可以降低氫-空質子交換膜燃料電池發電系統對陰極進風風機的要求。

具體實施方式