[發(fā)明專利]直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層及其制備工藝和直接甲醇燃料電池膜電極

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211265131.3
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115332550A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉靜;徐斌;陳杰;凌昊;賴志勇;何鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇源氫新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;H01M4/86;H01M4/88;H01M8/1004;H01M8/1011
• 代理公司: 常州格策知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32481
• 代理人: 陳磊

1.一種直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層，其特征在于，所述陰極雙層催化層包括包含Pt/C催化劑的Pt/C催化層和包含Pt/CeO₂-C催化劑的Pt/CeO₂-C催化層，所述Pt/CeO₂-C催化層貼近質(zhì)子交換膜的陰極，所述Pt/C催化層貼近氣體擴(kuò)散層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層，其特征在于，所述Pt/C催化層包括Pt/C催化劑和全氟磺酸樹脂，金屬載量為1.75～2.25 mg/cm²，全氟磺酸樹脂的含量為15～35 wt.%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層，其特征在于，所述Pt/CeO₂-C催化層包括Pt/CeO₂-C催化劑和全氟磺酸樹脂，金屬載量為0.25～0.75 mg/cm²，全氟磺酸樹脂的含量為15～35 wt.%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層，其特征在于，所述氣體擴(kuò)散層為經(jīng)過PTFE乳液處理的碳紙，碳紙的基底層的PTFE含量為20~35 wt.%，微孔層由碳粉和PTFE超聲分散均勻的噴涂在基底層上，微孔層的PTFE含量為20~35 wt.%，碳粉載量為0.5~2 mg/cm²。

5.一種如權(quán)利要求4所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：

a.取CeO₂納米粒子與碳粉按照質(zhì)量比作為催化劑載體，加入氯鉑酸-乙二醇溶液，采用微波輔助多元醇方法來制得Pt/CeO₂-C催化劑，取Pt/CeO₂-C催化劑，用少量超純水洇濕Pt/CeO₂-C催化劑后，加入全氟磺酸樹脂溶液和異丙醇溶液，將混合物攪拌后進(jìn)行超聲分散處理，形成均勻分散的墨水狀漿料A待用；

b.取Pt/C催化，用少量的超純水洇濕Pt/C催化劑后，加入全氟磺酸樹脂溶液和異丙醇溶液，將混合物攪拌后進(jìn)行超聲波分散處理，形成均勻分散的墨水狀漿料B待用；

c.將氣體擴(kuò)散層上放置超聲噴涂機(jī)真空吸附臺上，然后將漿料B均勻噴涂到氣體擴(kuò)散層表面上，經(jīng)干燥處理后，形成Pt/C催化層；

d.將漿料A均勻噴涂到上述Pt/C催化層上，再進(jìn)行干燥處理后，即形成Pt/CeO₂-C催化層，從而制得雙層陰極催化層；

f．將陽極催化層和雙層陰極催化層放置在已處理的Nafion117膜的兩側(cè)，放入油壓機(jī)中熱壓制成膜電極，將膜電極裝配成單體電池進(jìn)行測試。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層的制備工藝，其特征在于，所述步驟a中CeO₂納米粒子與碳粉作為載體時，CeO₂的含量為15 wt.%～30 wt.%，Pt/CeO₂-C催化劑和Pt/C催化劑的金屬含量均為20 wt.%～60 wt.%。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層的制備工藝，其特征在于，所述步驟a中的CeO₂納米粒子的制備過程如下：取定量的硝酸鈰溶解于超純水，通過加入稀氨水調(diào)節(jié)溶液pH為10，然后80℃條件下恒溫水浴攪拌3h后，靜置陳化4后，經(jīng)大量超純水洗滌至濾液pH呈中性，抽濾后放置在80℃條件下真空干燥5h，將干燥后的黃色粉末進(jìn)行研磨后，再經(jīng)450℃高溫煅燒1h后，得到淡黃色粉末。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接甲醇燃料電池陰極雙層催化層的制備工藝，其特征在于，所述步驟a和步驟b中的全氟磺酸樹脂溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 wt.%~20 wt.%的Nafion溶液。