[发明专利]质子交换膜燃料电池的具有渐进结构的电极及其制备方法

权利要求书

1.质子交换膜燃料电池的具有渐进结构的电极及其制备方法，电极由支撑层、整平层和催化层组成，其特征在于所述的支撑层为强憎水大孔层，所述的电极整平层为弱憎水中孔层，电极催化层由弱憎水中孔催化层和亲水微孔催化层两层结构构成，强憎水大孔层即为支撑层，弱憎水中孔层制备在强憎水大孔层上，弱憎水中孔催化层制备在弱憎水中孔层上，亲水微孔催化层制备在弱憎水中孔催化层上。

2.质子交换膜燃料电池的具有渐进结构的电极及其制备方法，电极由支撑层、整平层和催化层组成，其特征在于所述的电极的制备方法包括整平层制备方法和催化层制备方法，其中

整平层制备方法是：

1)强憎水大孔层制备：支撑层为大孔碳纸或碳布，将1％～3％(重量百分比)的聚四氟乙烯(PTFE)乳液置于容器中，将碳纸或碳布浸渍在装有聚四氟乙烯(PTFE)乳液的容器中，至碳纸或碳布中聚四氟乙烯的增加量达到占总质量的5％～10％(重量百分比)，取出后在培烧炉内经340℃焙烧20～60分钟，冷却后取出；

2)弱憎水中孔层制备：将适量碳粉、与碳粉比例为3∶7～7∶3(干重重量比)的聚四氟乙烯乳液，添加量为碳粉和PTFE总量的50％～100％的造孔剂，以及适量异丙醇在容器内混合均匀，制成弱憎水中孔浆料，将弱憎水中孔浆料均匀涂于经过步骤1处理的碳纸或碳布上，在60℃～120℃环境下烘干后，取出，再重复以上操作，多次涂敷，每次涂敷后，都在60℃～120℃环境下烘干，直至碳粉上量达到0.3～1.0mg/cm²后，放入焙烧炉内在340℃下焙烧20-60分钟，冷却后取出；

催化层制备方法是：

3)弱憎水中孔催化层制备：将适量催化剂、与催化剂重量比为1∶1～1∶3的聚四氟乙烯乳液(干重重量比)、占催化剂和PTFE总量的50％～100％(重量比)的造孔剂、以及适量异丙醇在容器内混合均匀，制成弱憎水中孔催化浆料，将弱憎水中孔催化浆料均匀涂在经过步骤1和步骤2完成的整平层的碳纸或碳布上，在60℃～120℃环境下烘干后，取出，再重复以上操作，多次涂敷，每次涂敷后，都在60℃～12℃环境下烘干，直至催化剂量达到0.05～0.5mg/cm²，形成电极，然后将电极放入焙烧炉内在340℃下焙烧20～60分钟，冷却后取出，形成憎水电极；

4)亲水微孔催化层制备：将适量催化剂，与催化剂重量比为1∶9～4∶1的全氟磺酸树脂溶液(Nafion，干重重量比)，在容器内混合均匀，制成亲水微孔催化浆料，将亲水微孔催化浆料均匀涂在经过步骤1、步骤2和步骤3完成的憎水电极上，于60℃～120℃环境下烘干后，取出，再重复以上操作，多次涂敷，每次涂敷后，都在60℃～120℃环境下烘干，直至催化剂量达到0.05～0.5mg/cm²，形成电极。

3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的具有渐进结构的电极及其制备方法，其特征在于所述的各层涂敷浆料中的碳粉是碳黑Vulcan XC-72、乙炔黑、珍珠碳中的一种，所述的各层涂敷浆料中的造孔剂是碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸锂、草酸胺、氯化胺、尿素中的任意一种，所述的催化层的催化剂是铂(Pt)浓度为20％～100％(wt)的Pt/C催化剂或纯铂黑催化剂。

4.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的具有渐进结构的电极及其制备方法，其特征在于所述的弱憎水中孔浆料、弱憎水中孔催化浆料、亲水微孔催化浆料的涂敷方法是印刷、涂布、喷涂方法中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池的具有渐进结构的电极及其制备方法，其特征在于所述的弱憎水中孔层和弱憎水中孔催化层的制备过程是一次完成的，即弱憎水中孔层的浆料涂敷完成并经60℃～120℃环境下烘干后，直接进行弱憎水中孔催化层的制备，待弱憎水中孔催化层的浆料涂敷完成并经60℃～120℃环境下烘干后，将弱憎水中孔层和弱憎水中孔催化层同时放入焙烧炉内在340℃下焙烧20～60分钟，制成一体的弱憎水中孔层。