[發明專利]膜電極組件

有效

• 申請號: 202010422112.1
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111755722B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 李瑤;李冰;趙正源
• 申請（專利權）人: 鄂爾多斯市國科能源有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/0293
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種膜電極組件，包括陽極、陰極以及設置在陽極與陰極之間的聚合物電解質膜，膜電極組件還包括設置在陽極與聚合物電解質膜之間的隔離層，隔離層包含全氟烷磺酸化合物和三肽化合物。本發明還提供上述膜電極組件的制備方法。本發明通過在燃料電池陽極和聚合物電解質膜之間設置包含全氟烷磺酸化合物和三肽化合物的隔離層，可有效提高膜電極組件耐受異常電壓的能力，從而提高燃料電池的可靠性。

技術領域

本發明涉及膜電極組件，具體涉及用于質子交換膜燃料電池的膜電極組件。

背景技術

燃料電池是一種將燃料的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的裝置，具有清潔無污染、能量轉化效率高、能量密度高等優點，在交通運輸、信號基站等領域具有廣闊的應用前景。

質子交換膜燃料電池的核心零部件主要包括膜電極組件(MEA)和設置在MEA兩側的雙極板，其中MEA由兩側裝配有陽極和陰極的聚合物電解質膜組成，陽極和陰極分別包括與聚合物電解質膜接觸的催化層和與極板接觸的氣體擴散層，極板設置有燃料流道、氧化劑流道和冷卻劑流道。氫氣從陽極一側進入燃料電池，在陽極催化層中催化劑的作用下分離為質子和電子，質子穿過聚合物電解質膜到達陰極并與氧氣結合，在陰極催化劑的作用下生成水；無法穿過質子交換膜的電子會通過氣體擴散層、雙極板流出進入外電路，產生電能。

由于單個燃料電池的輸出電壓較低，為了向外電路輸出較大的工作電壓，在實際應用中，通常將多個燃料電池堆疊串聯在一起，形成可以輸出較高電壓的燃料電池電堆。一般來說，能夠進行商業化應用的燃料電池電堆需要具有不低于5000小時的使用壽命，且能夠經受足夠多次數的啟動和關機操作。在進行啟動和關機操作時，空氣容易擴散到陽極，導致電堆中單個或多個燃料電池電壓快速降低甚至電壓成為負值；另外，由于各種因素導致的燃料電池氫氣供應不足也容易導致電池電壓快速降低甚至電壓成為負值。當出現這種情況時，需要停止整個電堆運行，更換或修復電壓異常的電池，以防止整個電堆受損。因此，尋找耐受異常電壓的膜電極組件尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠耐受異常電壓的膜電極組件。

技術方案：本發明一方面提供一種膜電極組件，包括陽極、陰極以及設置在陽極與陰極之間的聚合物電解質膜，膜電極組件還包括設置在陽極與聚合物電解質膜之間的隔離層，隔離層包含全氟烷磺酸化合物和三肽化合物。

優選地，上述全氟烷磺酸化合物為全氟己烷磺酸、全氟庚烷磺酸和全氟辛烷磺酸中的一種或兩種以上的混合物；三肽化合物為還原型谷光甘肽或三勝肽；進一步優選地，隔離層中全氟烷磺酸化合物的含量為20mg/cm²～40mg/cm²，三肽化合物的含量為5mg/cm²～20mg/cm²。

陽極包括陽極催化層和陽極氣體擴散層，陰極包括陰極催化層和陰極氣體擴散層；隔離層設置在陽極催化層與聚合物電解質膜之間。優選地，上述隔離層還包括離子聚合物、導電顆粒和氫氧化催化劑；該隔離層中的離子聚合物、導電顆粒和氫氧化催化劑可以分別與陽極催化層中的離子聚合物、導電顆粒和氫氧化催化劑的種類相同；優選地，隔離層中離子聚合物的含量為20wt％～25wt％，導電顆粒的含量為0.1～1mg/cm²，氫氧化催化劑的含量為0.1～0.3mg/cm²。上述氫氧化催化劑可采用本領域已知的氫氧化催化劑，如Pt、Ru、Pd、Au和Ir中的一種或多種。