[發明專利]一種復合電極及其制備和應用

在審

• 申請號: 201811529969.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111326742A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 王素力;孫瑞利;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種復合電極，其特征在于：

包括涂敷于基底表面的電極，電極包括微孔層和電容-催化劑復合層；電容-催化劑復合層由導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物、催化劑材料、離聚物構成；導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物呈纖維狀結構，交聯呈網狀均勻分布于電容-催化劑復合層中；導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物與催化劑材料質量比例為0.05-1.2；離聚物于復合層中的質量分數為5-50％。

2.按照權利要求1所述復合電極，其特征在于：所述基底為碳紙、碳布、氣體擴散層、電解質膜、PTFE膜中的一種。

3.按照權利要求1所述復合電極，其特征在于：復合物中導電高分子聚合物和離子導體的質量比0.1-1.0。

4.按照權利要求1或3所述復合電極，其特征在于：

所述微孔層由碳粉和PTFE形成，呈多孔結構；

所述導電高分子聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一種或者兩種以上；所述離聚物為Nafion或者磷酸有機物中的一種或者兩種以上；

催化劑材料為負載型催化劑，活性成份為鉑、金、銀、鎳、鈷、釕、鐵、銅、鋅中的一種、或兩種以上、或兩種以上的合金；所述催化劑載體為XC-72、BP2000、乙炔黑、石墨烯及其衍生物、多孔碳材料、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一種或者兩種以上，催化劑中活性成份質量負載量為10-80％；

導電高分子聚合物和離子導體的復合物制備過程如下：將導電高分子單體、離聚物、溶劑混合均勻，通過化學或電化學聚合方法，獲得導電高分子聚合物和離子導體的復合物；所述導電高分子單體為苯胺、吡咯、噻吩中的一種或者兩種以上；所述離聚物為Nafion或者磷酸有機物中的一種或者兩種以上。

5.按照權利要求1-4任一所述復合電極，其特征在于：

所述復合電極電容-催化劑層呈疏松多孔結構；導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物均勻分布于電極內；導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物直徑約為100-1000nm，長度為1μm以上；復合電極電容-催化劑層的孔平均直徑為10-100nm，孔隙率為20-85％；催化劑粒徑為2-20nm；所述電容-催化劑層厚度為1μm以上。

6.一種權利要求1-5任一所述復合電極的制備方法，其特征在于：

將碳粉和PTFE在溶劑中分散均勻，涂于基底表面，經干燥后獲得復合電極微孔層；

將導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物、催化劑材料、離聚物在溶劑中經超聲分散形成均勻分散的漿液，涂于上述微孔層表面，經干燥后獲得復合電極電容-催化劑層；導電高分子或導電高分子聚合物和離子導體的復合物與催化劑材料質量比例為0.05-1.2；離聚物于復合層中的質量分數為5-50％。

7.按照權利要求6所述復合電極的制備方法，其特征在于：

所述溶劑為水、乙醇、異丙醇、乙二醇、的一種或者兩種以上的混合物；

所述基底為碳紙、碳布、氣體擴散層、電解質膜、PTFE膜中的一種。

8.一種權利要求1-5任一所述復合電極在聚合物電解質膜燃料電池中的應用。