[發明專利]一種直接甲醇燃料電池膜電極復合體的制備方法

在審

• 申請號: 201710957399.6
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107819133A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 陳東進
• 申請（專利權）人: 東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/90;H01M8/0293;H01M8/22;B82Y30/00;B82Y40/00
• 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的制備領域，具體的涉及一種直接甲醇燃料電池膜電極復合體的制備方法。

背景技術：

直接甲醇燃料電池是以較高的能量轉換率將化學能轉化為電能的一種能源器件，在發電時不會產生污染物質，相對傳統能源更加潔凈，而且燃料甲醇價格便宜，以液態形式存在，比起燃料氧氣更方便儲存和運輸，眾多優點使得直接甲醇燃料電池成為移動電源和便攜式電源的理想選擇之一，市場前景十分廣闊，因此近年來直接甲醇燃料電池一直是新能源研究領域的學者們的熱門研究課題之一。

直接甲醇燃料電池主要發生的是甲醇在催化劑作用下的電催化氧化過程，大量的研宄實驗表明，要想制得性能優異的甲醇燃料電池，關鍵在于得到優異的甲醇催化氧化材料。

專利201410765425.1公開了一種直接甲醇燃料電池的膜電極結構的制備，該膜電極結構包括陽極氣體擴散層，陽極微孔層，陽極催化層，質子膜，陰極催化層，陰極微孔層，和陰極氣體擴散層。陽極催化層和陰極催化層的制備采用常規的方法。在陽極，催化劑Pt/Ru和Nafion溶液，以及一定量的有機添加劑均勻混合后，均勻涂在微孔層上，或直接噴涂在質子膜上。雖然該制備方法較為簡單，但是其采用的催化劑價格較貴，且采用大量的有機溶液，會對環境造成一定的污染，其電催化還原活性有待進一步改善。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種直接甲醇燃料電池膜電極復合體的制備方法。該制備方法簡單，易于操作，成本低，制得的甲醇燃料電池能量密度大，燃料利用率高。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種直接甲醇燃料電池膜電極復合體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鎳片的一側表面進行機械拋光處理，然后將拋光后的鎳片置于乙醇中超聲清洗2-3次，干燥待用；

(2)以孔徑尺寸為納米級的多孔氧化鋁為模板，將其與鎳片的拋光面接觸，一起放置于模具中，在300-500℃、200-300MPa下保壓20-50min；然后將模具冷卻至室溫，卸壓，從模具中取出多孔氧化鋁/鎳片，最后將其置于氫氧化鈉溶液中，攪拌45-55min，過濾，得到制得鎳納米線陣列的懸浮液；

(3)用憎水處理后的碳紙作為陽極擴散層和陰極分散層；用移液管吸取5mL上述制得的鎳納米線陣列的懸浮液并分別滴加到陽極擴散層和陰極分散層表面，室溫干燥，制得陽極催化層和陰極催化層；

(4)質子交換膜置于陽極催化層和陰極催化層的中間，采用硫酸溶液吸附于多孔PEFE膜表面作為液體電解質層。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，鎳納米線陣列中的納米線的直徑大小為20-50nm。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述鎳片的厚度為0.05-0.1mm。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述模板為中高碳鋼或合金鋼。

作為上述技術方案的優選，所述氫氧化鈉溶液的濃度為1moL/L。

作為上述技術方案的優選，所述陽極催化層、陰極催化層中鎳納米線陣列的含量均為1-3mg/cm²。

作為上述技術方案的優選，所述質子交換膜為全氟磺酸質子交換膜。

作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述硫酸溶液的濃度為1.5moL/L。

本發明具有以下有益效果：

本發明采用模壓成型的方法來制備鎳納米線陣列，操作簡單，制備條件溫和，成本低；高溫模壓變形過程中可以同時發生動態再結晶，可以在不發生大的加工硬化的條件下獲得缺陷少、質量高的近乎單晶的鎳納米線陣列；而且本發明制備過程中無污染物產生，對設備要求低，成本低；由其作為電還原成催化劑的甲醇燃料電池的能量密度高，燃料的利用率高。

具體實施方式：

為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用于解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。

實施例1

一種直接甲醇燃料電池膜電極復合體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鎳片的一側表面進行機械拋光處理，然后將拋光后的鎳片置于乙醇中超聲清洗2-3次，干燥待用；

(2)以孔徑尺寸為納米級的多孔氧化鋁為模板，將其與鎳片的拋光面接觸，一起放置于模具中，在300℃、200-300MPa下保壓20min；然后將模具冷卻至室溫，卸壓，從模具中取出多孔氧化鋁/鎳片，最后將其置于氫氧化鈉溶液中，攪拌45-55min，過濾，得到制得鎳納米線陣列的懸浮液；其中，模板為中高碳鋼或合金鋼；