[發明專利]一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件及制備方法

有效

• 申請號: 202011130816.8
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112259747B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 曾軍堂;陳慶;司文彬;白濤
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/96;H01M8/1004
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于，制備的具體過程為：

（1）將碳纖維紙兩面均勻噴涂聚四氟乙烯乳液，干燥，制得預處理的碳纖維紙；

（2）先將多孔納米催化劑、氯化鋅、分散劑加入水中，在室溫下超聲分散30~45min，然后緩慢加入沉淀劑，并調節pH值為8~9，混合攪拌均勻，使得氯化鋅在多孔納米催化劑的微孔中形成前驅物，得到漿狀物；

（3）先在步驟（2）得到的漿狀物中加入Nafion溶液、碳材料，在300~500r/min的速率下攪拌均勻得到涂布液，然后均勻涂布于步驟（1）制得的預處理的碳纖維紙一側，并在80~100℃處理10~15min，使得預固化穩定，接著轉入水熱反應裝置中，在150~200℃水熱反應1~3h，逐步形成氧化鋅晶須，使多孔納米催化劑沿氧化鋅晶須方向排列，反應結束后洗滌、干燥，制得表面形成催化層的碳纖維紙；

（4）先將質子交換膜表面均勻噴涂Nafion溶液，然后將步驟（3）制得的表面形成催化層的碳纖維紙與質子交換膜熱壓貼合，形成由下向上依次為碳纖維紙層、催化層、質子交換膜的燃料電池膜電極，即為生長晶須形成的燃料電池膜電極組件。

2.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述碳纖維紙的厚度為0.2~0.3mm，孔隙率大于70%。

3.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述多孔納米催化劑為粒徑為10~100nm的具有微孔的Pt/C催化劑微粒，所述分散劑為碳酸銨、碳酸氫銨中的至少一種，所述沉淀劑為氫氧化鈉、氨水中的一種。

4.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（2）中：多孔納米催化劑30~35重量份、氯化鋅12~16重量份、分散劑1~3重量份、水40~54重量份、沉淀劑3~6重量份。

5.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述Nafion溶液的質量濃度為5~10%，所述碳材料為微孔乙炔黑碳粉、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯中的至少一種。

6.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（3）中：漿狀物50~65重量份、Nafion溶液20~30重量份、碳材料15~20重量份。

7.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述涂布為刮涂或超聲噴涂，涂布厚度為50~500μm。

8.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（4）所述質子交換膜為全氟磺酸型質子交換膜，為常用的Du Pont公司提供的Nafion系列膜，具體為Nafion 117、Nafion 115、Nafion 112、Nafion 1135、Nafion105 中的一種，所述Nafion溶液的質量濃度為5~10%。

9.根據權利要求1所述一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟（4）所述熱壓貼合的溫度為120~130℃，壓力為8~10MPa，保壓時間為60~70s。

10.權利要求1~8任一項所述方法制備得到的一種生長晶須形成的燃料電池膜電極組件。