[發明專利]膜電極組件、膜電極組件的電極及其制造方法

在審

• 申請號: 202011342028.5
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN113497236A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 池炳甲;薛琇元;尹棟煥;韓國壹;趙潤煥
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M8/1004
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 徐麗華

本發明公開了膜電極組件、膜電極組件的電極及其制造方法。電極可以包含孔，并且可以使用可熱分解的化學發泡劑選擇性地增加電極中含有的催化劑周圍的孔密度，從而改善通過催化劑的傳質。

技術領域

本發明涉及膜電極組件、膜電極組件的電極及其制造方法。用于膜電極組件的電極可以包含孔，并且可以使用可熱分解的化學發泡劑選擇性地增加電極中含有的催化劑周圍的孔密度，以便改進通過催化劑的傳質。

背景技術

燃料電池是基于使用外部氫氣和氧氣生成電的原理。例如，氧氣從外部供應至燃料電池的氧電極中包含的催化劑的表面，與催化劑碰撞，并且同時與質子和電子反應以生成水。當這種生成的水不能從氧電極快速排出時，新引入的氧氣的移動受到阻礙，并且最終出現干擾燃料電池中的化學反應的問題。

由于上述問題，可以期望在燃料電池的氧電極處生成的水有效地排出。此外，在燃料電池性能方面，非常期望外部氧氣有效地移動至催化劑表面。

在現有技術中，近來已經進行了許多嘗試以通過在燃料電池的氧電極中形成孔來改善傳質，但是在氧電極中形成孔的位置是隨機確定的，不期望地劣化實用性和有效性。

例如，一種包含透氣多孔電極的燃料電池，其中，已經提出了使用發泡劑在電極中形成孔的方法。然而，由于孔是隨機形成的，而不是選擇性地位于化學反應實質上發生的位置，因此其效率非常差。

發明內容

在一個優選的方面中，提供了一種選擇性地控制燃料電池的電極中的孔的位置的方法。

在一個優選的方面中，提供了一種有效地排出在燃料電池的電極中生成的水的方法。

在另一優選的方面中，提供了一種將外部氣體有效地引入至燃料電池的電極中含有的催化劑的表面的方法。

本發明的目的不限于前述內容，并且通過以下描述將能夠清楚地理解并且通過在權利要求中描述的裝置及其組合來實現。

在一個方面中，提供了一種制造用于膜電極組件的電極的方法。該方法可以包括：制備包含催化劑、發泡劑和第一離聚物的催化劑復合材料；制備包含催化劑復合材料、第二離聚物、溶劑的催化劑漿料；以及將催化劑漿料施加在基板上。在某些方面中，在施加之后，適當地干燥催化劑漿料。

如在此使用的術語“離聚物(ionomer)”是指聚合物材料或樹脂，該聚合物材料或樹脂包含作為側基(pendant group)附接(例如，共價鍵合)至聚合物主鏈的離子化基團。優選地，這種離子化基團可以被功能化以具有離子特征，例如，陽離子或陰離子特征。

離聚物可以適當地包含選自由氟基聚合物、全氟砜基聚合物、苯并咪唑基聚合物、聚酰亞胺基聚合物、聚醚酰亞胺基聚合物、聚苯硫醚基聚合物、聚砜基聚合物、聚醚砜基聚合物、聚醚酮基聚合物、聚醚醚酮基聚合物、聚苯基喹喔啉基聚合物以及聚苯乙烯基聚合物組成的組中的一種或多種聚合物。

第一離聚物和第二離聚物可以是相同或不同的類型。例如，如果第一離聚物和第二離聚物不同，則第一離聚物和第二離聚物具有不同的導電率，例如，通過含有不同的側基，其間差別為至少5％、10％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、60％、70％、80％或90％。替代性地，如果第一離聚物和第二離聚物不同，則第一離聚物和第二離聚物具有不同的粘度，例如，通過含有不同的側基，其間差別為至少5％、10％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、60％、70％、80％或90％。