[发明专利]一种制备直接醇燃料电池膜电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备直接醇燃料电池膜电极的方法。

背景技术

燃料电池发电装置能量转换效率高，对环境污染小，可用作未来理想动力电源，因而受到世界各国科学家的广泛关注，为此，世界各国都投入了大量人力、物力和财力进行了研究。近十年来，随着便携式电子产品(如手机、掌上电脑、MP3等)的迅猛发展与普及，用户对高比能量化学电源的要求日益高涨。为了适应各种新型电子产品对电池高能量密度的需求，从20世纪90年代中期开始，世界各国许多知名公司和科研机构不断努力试图发展小功率的燃料电池，期望能将其应用于便携式电源，如作为手机、手提电脑和数码相机等小型电子设备的电源。

直接醇燃料电池使用甲醇、甲酸和乙醇等液体作为燃料具有燃料来源丰富、价格低廉、燃料易于运输和储存、能量密度高和易于微小型化等优点，适合作为便携式电源，具有十分广阔的应用前景。其中最具代表性的是直接甲醇燃料电池(DMFC)和直接甲酸燃料电池(DFAFC)。DMFC和DFAFC各有优缺点。DMFC具有较高的能量密度，但其功率密度要低于DFAFC。同时，甲醇易透过Nafion膜，导致阴极的混合电位效应，使电池性能大大降低，而甲酸对质子交换膜的透过率较小，与甲醇相比要低1至2个数量级。而且，甲醇有毒、易燃，而甲酸无毒、不易燃，存储和运输时更安全。然而，就这两种电池研制的现状，它们的功率密度还达不到实用化程度，同时电池的寿命还有待进一步提高。膜电极(MEA)被称之为燃料电池发电的“心脏”，其性能和稳定性的高低直接决定了燃料电池性能的优劣。因此，高性能膜电极的制备对燃料电池性能的提高和实用化进程的推进至关重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服和解决现有技术中的问题，提供一种可提高直接醇燃料电池膜电极性能进而提高燃料电池的功率密度和稳定性的直接醇燃料电池膜电极制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种制备直接醇燃料电池膜电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将催化剂和第一粘结剂分散于分散剂中，得到浆料；B、将浆料在40～100℃加热10分钟～3小时，再超声10分钟～2小时，形成均匀的浆液；C、将浆液涂覆在支撑层上制成膜电极。

其中，所述的催化剂选自Pt-Ru基、Pd基或Pt基的碳载或非负载催化剂。

其中，所述的步骤A中，第一粘结剂为催化剂重量的10％～25％；以催化剂的重量为基准，按0.025～0.5mL·mg^-1的量加入分散剂。

其中，所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇。

其中，异丙醇和水的体积比为1∶1～3∶1。

其中，所述的催化剂粒径为1～10纳米。

一种制备直接醇燃料电池膜电极的方法，其特征在于，A、将催化剂和第一粘结剂分散于分散剂中，得到浆料；B、将浆料在40～100℃加热10分钟～3小时，再超声10分钟～2小时，形成均匀的浆液；C、将浆液涂覆在支撑层上，在100～150℃空气、氮气或氩气中焙烧0.5～3.5h；然后在125～145℃、4～8MPa下热压2～5分钟。

其中，所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇。

其中，所述的第一粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醚和Nafion树脂中的一种或几种。

其中，所述的步骤C中，在支撑层上有一扩散层，将浆液涂覆在扩散层或支撑层上。

其中，所述的支撑层为碳纸或碳布。

其中，所述的扩散层的制备方法为，将碳材料和第二粘结剂超声分散于异丙醇的水溶液中，按每毫克碳材料加入0.02～3mL异丙醇的水溶液，其中异丙醇和水的体积比为0.5～3∶1，第二粘结剂为碳材料质量的10～30％，搅拌0.5～4h，形成均匀的浆液，将浆液均匀地涂覆在支撑层上，经在340～370℃空气、氮气或氩气中高温焙烧10分钟～3小时，即形成支撑层负载的扩散层。

其中，所述的碳材料选自XC-72碳、XC-72R碳、黑珍珠-2000碳、Ketjen碳黑或碳纳米管。

其中，所述的第二粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和Nafion树脂中的一种或几种。

其中，所述的支撑层上，碳材料在支撑层上的质量分布为0～2.5mg·cm^-2。

其中，所述的步骤A中，第一粘结剂为催化剂重量的10％～25％；以催化剂的重量为基准，按0.025～0.5mL·mg^-1的量加入异丙醇的水溶液中，异丙醇和水的体积比为1∶1～3∶1。

其中，所述的催化剂选自Pt-Ru基、Pd基或Pt基的碳载或非负载催化剂。