[發明專利]一種高效原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的方法

有效

• 申請號: 202111131874.7
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113871633B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 張小樂;徐晨曦;蘇建徽;賴紀東;杜燕
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

1.一種高效原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的方法，其特征在于：該原位活化方法是將膜電極組裝成單電池，并檢測其氣密性，隨后通入氫氣和空氣并對電池的輸出電壓進行高低循環以達到原位活化質子交換膜燃料電池膜電極的目的；

該膜電極是通過噴涂所制備的，噴涂所用的漿料包括：

催化劑、溶劑和全氟磺酸樹脂溶液，所述溶劑為去離子水和低脂醇；

親水材料、疏水材料、碳材料、造孔劑和抗反極催化劑；

所述催化劑為Pt/C、PtCo/C、PtNi/C、PtCoMn/C中的一種或多種；

所述低脂醇為乙醇、異丙醇、正丙醇、乙二醇中的一種或多種；

所述親水材料包括SiO₂、Al₂O₃、交聯聚乙烯醇、硅鋁纖維中的一種或多種；

所述疏水材料為FEP、PTFE、PFA、PFPE中的一種或多種；

所述造孔劑為草酸、碳酸氫銨、碳酸銨、氯化銨中的一種或多種；

所述抗反極催化劑為IrO₂、PtRu/C、PtIr/C、RuO₂、RuO₂-IrO₂、RuO₂-TiO₂中的一種或多種；

所述碳材料為碳納米管、乙炔黑、科琴黑、氧化石墨烯、石墨烯、碳納米角、石墨、活性炭中的一種或多種；

所述全氟磺酸樹脂溶液為Nafion?DE2020、IC100、IC154、Aquivion?D79-25BS、Aquivion?D83-24BS中的一種或幾種；

所述輸出電壓為0.8～0.9V、0.5～0.8V和0.3～0.5V，每個電壓的持續時間為0.5min～5min；

所述方法包括以下步驟：

步驟1、催化劑漿液的制備：將10～100重量份的溶劑、0.1～10重量份的催化劑、0.1-6重量份的全氟磺酸樹脂溶液、0.01～3重量份的親水材料、0.01～1重量份的疏水材料、0.01～1重量份的造孔劑、0.01～3重量份的抗反極催化劑、0.01～3重量份的碳材料混合分散均勻，所得分散液的固含量為0.1wt%～15wt%；

步驟2、膜電極的制備：將所述催化劑漿液均勻的噴涂至質子交換膜兩側，并將膜電極進行干燥，覆上氣體擴散層，即獲得膜電極組件；

步驟3、單電池的測試：將所述膜電極組裝成單電池，并檢測其氣密性，陰陽極分別通入空氣和氫氣，將電池加熱，調節輸出電壓為0.8～0.9V、0.5～0.8V和0.3～0.5V，每個電壓的持續時間為0.5min～5min，循環2～8次；所述膜電極的陽極Pt載量為0.1mg/cm²～0.5mg/cm²，陰極Pt載量為0.01mg/cm²～0.3mg/cm²，干燥溫度為30℃～90℃，氣體擴散層的厚度為100μm～350μm；

所述單電池的氣體泄漏量為0～0.1ml/min，陰陽極的相對濕度為20%～100%，電池溫度為20℃～90℃，輸出電壓每次降低的幅度為0.1V～0.4V。