[发明专利]一种质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层及其制备

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层，采用Pt和/或Ru为活性组分，其特征在于由内、外两层构成复合催化层，其中，外层催化层采用PtRu/C抗CO电催化剂，内层催化层采用Pt/C或Pt黑电催化剂，并且内、外两层催化层中的催化剂含量重量比为1/2-1/20。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层，其特征在于外层催化层加入PTFE，PTFE含量与外层催化层体积比为10-50％。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层，其特征在于内层催化层加入质子导体，内层催化层与质子导体的重量比为1∶4--4∶1。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层，其特征在于内层催化层加入造孔剂，造孔剂与内层催化层的重量比为1∶4--1∶2。

5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层，其特征在于内层催化层加入造孔剂为(NH₄)₂C₂O₄、NaCl或PTFE。

6.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层，其特征在于内层催化剂加入PTFE，PTFE含量与内层催化层体积比为1-10％。

7.一种质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层的制备方法，其特征在于按下述步骤：

(1)外层催化层采用涂敷方法制备，加入PTFE作气体通道，PTFE含量为10％～50％(体积比)，在温度320～370℃、惰性气氛下烧制20～50分钟，待温度降至100℃以下，取出该催化层；

(2)内层催化层用转压法制备，电催化剂为Pt/C或Pt黑，加入质子导体，催化剂与质子导体的重量比为1∶4～4∶1，造孔剂与催化剂的重量比为1∶4～1∶2，采用喷涂方法将混合液喷涂到聚四氟乙烯膜上，然后在6～15MPa，160～200℃下转压到Na型化的质子交换膜上，揭去PTFE膜，制成带有内层催化层的Na型质子交换膜；

(3)将带有催化剂的质子交换膜一侧放置外层催化层，另一侧放置一氧阴极，在油压机中加压至6～10MPa，压合制成具有复合阳极催化层的膜电极三合一组件，并且复合阳极中内外两层催化层中的催化剂含量重量比为1/2～1/20。

8.根据权利要求7所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层的制备方法，其特征在于在经所述(2)制备的内层催化层后，将该膜用0.2～2MH₂SO₄在70～90℃重新质子化，放入超纯水中，得到内层催化层。

9.根据权利要求7所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层的制备方法，其特征在于内层催化层中也可加入1～10％的PTFE乳液，以加强气体传质通道，即将电催化剂与乙醇、PTFE乳液在超声波中混合均匀，用喷枪喷到一金属箔上，经高温烧制后，在140～160℃，10～12MPa下热压1～3分钟，使内层催化层转移到质子交换膜上，该质子交换膜无需Na型化。

10.根据权利要求7所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层的制备方法，其特征在于内层催化层还可用涂敷法或喷涂法或溅射法制成，将催化剂与PTFE的混合液(其中PTFE的含量为1％～10％)涂敷到已制成的外层催化层上，然后进行烧结形成复合催化层。

11.一种膜电极，其特征在于把按权利要求7、9或10所述的质子交换膜燃料电池用抗CO复合催化层的制备方法所制的复合催化层为复合阳极、将原子交换膜与复合阳极、氧阴极热压而成具有复合阳极催化层的膜电极三合一组件。