[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811036125.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN110880604A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李目武;李劍錚;洪紹景
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋;郝傳鑫

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極及其制備方法，質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的陰極催化層包括依次層疊設(shè)置的陰極內(nèi)催化層、陰極中間催化層和陰極外催化層，由于陰極催化層中的碳含量從陰極內(nèi)催化層、陰極中間催化層至陰極外催化層逐步增加，且碳顆粒之間具有一定的空隙且分布均勻，因此使得陰極催化層中的孔隙率從陰極內(nèi)催化層、陰極中間催化層至陰極外催化層逐步增大，以形成具有三層有序梯度化的陰極催化層，從而使得陰極催化層有利于及時(shí)排除反應(yīng)過程中的生成水，以防止質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極水淹，進(jìn)而提高質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的性能和壽命，從而提高質(zhì)子交換膜燃料電池的性能和壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，燃料電池汽車由于具有環(huán)保無(wú)污染、工作效率高、燃料加注時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，可以及時(shí)應(yīng)對(duì)全球能源短缺和環(huán)境污染等問題，因此發(fā)展燃料電池汽車已成為全球汽車與能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要突破口。燃料電池作為燃料電池汽車的核心部件，其膜電極是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生電能的工作場(chǎng)所，對(duì)燃料電池的性能和壽命起著關(guān)鍵作用。因此，提高膜電極的性能和壽命是當(dāng)前最急需解決的問題之一。

但是，由于現(xiàn)有燃料電池的膜電極自身的水管理能力較差，容易造成膜電極水淹，因此嚴(yán)重降低了膜電極的性能和壽命，從而嚴(yán)重降低了燃料電池的性能和壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極及其制備方法，以解決現(xiàn)有燃料電池的膜電極由于自身的水管理能力較差而容易造成水淹的技術(shù)問題，以提高膜電極的性能和壽命，從而提高燃料電池的性能和壽命。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極，包括質(zhì)子交換膜，所述質(zhì)子交換膜的一面上設(shè)有陽(yáng)極催化層，所述質(zhì)子交換膜的另一面上設(shè)有陰極催化層；

所述陰極催化層包括朝遠(yuǎn)離所述質(zhì)子交換膜方向依次層疊設(shè)置的陰極內(nèi)催化層、陰極中間催化層和陰極外催化層；所述陰極內(nèi)催化層、所述陰極中間催化層和所述陰極外催化層均含有鉑/碳催化劑，其中，所述陰極內(nèi)催化層、所述陰極中間催化層和所述陰極外催化層中鉑/碳催化劑的鉑載量相等，且所述陰極中間催化層含有的鉑/碳催化劑的碳含量高于所述陰極內(nèi)催化層含有的鉑/碳催化劑的碳含量，所述陰極外催化層含有的鉑/碳催化劑的碳含量高于所述陰極中間催化層含有的鉑/碳催化劑的碳含量。

作為優(yōu)選方案，所述陰極內(nèi)催化層含有的鉑/碳催化劑的鉑含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55％－65％，所述陰極中間催化層含有的鉑/碳催化劑的鉑含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％－45％，所述陰極外催化層含有的鉑/碳催化劑的鉑含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％－25％。

作為優(yōu)選方案，所述陰極內(nèi)催化層、所述陰極中間催化層和所述陰極外催化層的鉑載量均為0.1－0.2mg/cm²。

作為優(yōu)選方案，所述陽(yáng)極催化層含有鉑/碳催化劑，且所述陽(yáng)極催化層含有的鉑/碳催化劑的鉑含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％－45％。

作為優(yōu)選方案，所述陽(yáng)極催化層的鉑載量為0.1－0.2mg/cm²。

作為優(yōu)選方案，所述質(zhì)子交換膜的厚度為10－100μm。

作為優(yōu)選方案，所述質(zhì)子交換膜為杜邦NRE－212膜或杜邦NRE－211膜。

作為優(yōu)選方案，所述質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極還包括兩個(gè)氣體擴(kuò)散層，一個(gè)所述氣體擴(kuò)散層設(shè)置在所述陽(yáng)極催化層遠(yuǎn)離所述質(zhì)子交換膜的一面上，另一個(gè)所述氣體擴(kuò)散層設(shè)置在所述陰極外催化層遠(yuǎn)離所述質(zhì)子交換膜的一面上。