[發明專利]一種有序化納米纖維膜電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201710438811.3
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107359355B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 張劍波;周紅茹;司德春;李哲;黃俊
• 申請（專利權）人: 清華大學;上海汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1004;H01M8/1018;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種有序化納米纖維膜電極的制備方法，所述有序化納米纖維膜電極，由離子交換膜以及位于該離子交換膜兩側的催化層組成，位于離子交換膜兩側的催化層均為有序化納米纖維催化層，該有序化納米纖維催化層為通過高速取向收集裝置制成的纖維呈有序化排列的結構；其特征在于，所述制備方法具體包括以下步驟：

1)靜電紡絲前體溶液配制

將催化劑、離子聚合物、高分子有機物作為分散質以及溶劑，經攪拌12～48h、超聲0.5～4h后得到靜電紡絲前體溶液；所述分散質與溶劑的質量比為1:5～15，所述的催化劑、離子聚合物和高分子有機物的質量比為1:0.2～1.5:0.2～0.6；

2)有序化納米纖維催化層制備

將基底固定在高速取向收集裝置上，通過靜電紡絲設備及步驟1)制備的靜電紡絲前體溶液進行紡絲，在基底一側產生納米纖維；通過所述基底對產生的納米纖維進行分層收集；通過調整基底在高速取向收集裝置上的位置或者外加電場改變各層納米纖維的方向，所述外加電場強度為1kV/m～200kV/m；所述基底采用離子交換膜、鋁箔或塑料膜作為基底；

3)膜電極的組裝

當基底采用離子交換膜時，按照步驟2)的方法在基底另一側進行有序化納米纖維催化層的制備，最終得到兩側均為有序化納米纖維催化層的膜電極；當基底采用鋁箔或塑料膜作為基底時，按照步驟2)的方法在基底上收集得到的有序化納米纖維催化層通過熱壓法轉印在離子交換膜兩側，最終得到兩側均為有序化納米纖維催化層的膜電極。

2.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，在所述步驟1)的分散質中還加入碳納米管或粉末石墨烯，用于增加有序化納米纖維催化層的導電性和調整有序化納米纖維催化層的親疏水性；所述碳納米管或粉末石墨烯的質量不超過所述催化劑質量的10％。

3.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，在所述步驟1)的分散質中還加入SiO₂或TiO₂，用于增加有序化納米纖維催化層的強度和調整有序化納米纖維催化層的親疏水性；所述SiO₂或TiO₂的質量不超過所述催化劑質量的20％。

4.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述催化劑采用鉑合金、鉑碳、銠基、鉈基、鈷基或鎳基催化劑之中的任一種。

5.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述離子聚合物采用全氟磺酸樹脂。

6.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述高分子有機物采用以下物質中的一種或多種組合構成：聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯。

7.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，所述纖維呈有序化排列的結構為沿催化層厚度方向上分層有序，不同層的纖維為同一方向或不同方向。

8.根據權利要求1所述的有序化納米纖維膜電極的制備方法，其特征在于，所述高速取向收集裝置為轉速在1000-5000r/min的轉棍。