[发明专利]具有两种憎水性的用于燃料电池的阴极及其制备方法以及包含该阴极的膜电极组件和燃料电池

权利要求书

1.一种用于燃料电池的阴极，其包括与具有通道的分隔件接触的气体 扩散层和设置在所述气体扩散层和电解质膜之间的催化剂层，

其中，所述阴极的催化剂层具有两个有不同憎水性能的部分，且催化 剂层的不面对通道的部分比面对通道的部分具有更高的憎水性能，

所述催化剂层的不面对通道的部分包括金属催化剂或在碳基载体上的 金属催化剂；聚合物离聚物；以及基于疏水聚合物的憎水增强剂，其选自 聚氯三氟乙烯和氟化乙烯丙烯共聚物；

所述催化剂层的面对通道的部分包含金属催化剂或在碳基载体上的金 属催化剂，以及聚合物离聚物，

其中，所述具有不同憎水性能的部分与水的接触角的差异为2°～20°。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的阴极，

其中，所述金属催化剂和所述基于疏水聚合物的憎水增强剂的重量比 为1:0.02～0.40。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的阴极，

其中，所述金属催化剂是选自铂、钌、锇和铂-过渡金属合金中的任意 一种或其混合物。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的阴极，

其中，所述金属催化剂是选自铂-钌合金、铂-锇合金和铂-钯合金中的 任意一种或其混合物。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的阴极，

其中，所述碳基载体是选自石墨、碳黑、乙炔黑、超导电乙炔碳黑、 科琴导电碳黑、活性碳、介孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角、碳 纳米环、碳纳米线、富勒烯(C60)和Super-P中的任意一种或其混合物。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池的阴极，

其中，所述聚合物离聚物为全氟磺酸离聚物或磺化聚三氟苯乙烯。

7.一种制备用于燃料电池的阴极的方法，包括：

(步骤1)制备形成第一催化剂层的墨水和形成第二催化剂层的墨水，后 者除了包含形成第一催化剂层的墨水以外，进一步包含基于疏水聚合物的 憎水增强剂；以及

(步骤2)将所述形成第一和第二催化剂层的墨水通过喷墨喷涂的方式喷 涂到电解质膜或气体扩散层上，从而使所述形成第一催化剂层的墨水喷涂 到面对通道的部分，而所述形成第二催化剂层的墨水喷涂到不面对通道的 部分，

其中，所述形成第一催化剂层的墨水包括金属催化剂或在碳基载体上 的金属催化剂；聚合物离聚物；和溶剂，以及

所述形成第二催化剂层的墨水包括金属催化剂或在碳基载体上的金属 催化剂；聚合物离聚物；基于疏水聚合物的憎水增强剂，其选自聚氯三氟 乙烯和氟化乙烯丙烯共聚物；和溶剂，

其中，制备阴极以后，在面对通道部分和不面对通道部分之间与水的 接触角的差异为2°～20°。

8.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的阴极的方法，

其中，所述金属催化剂和所述基于疏水聚合物的憎水增强剂的重量比 为1:0.02～0.40。

9.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的阴极的方法，

其中，所述金属催化剂是选自铂、钌、锇和铂-过渡金属合金中的任意 一种或其混合物。

10.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的阴极的方法，

其中，所述金属催化剂是选自铂-钌合金、铂-锇合金和铂-钯合金中的 任意一种或其混合物。

11.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的阴极的方法，

其中，所述碳基载体是选自石墨、碳黑、乙炔黑、超导电乙炔碳黑、 科琴导电碳黑、活性碳、介孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角、碳 纳米环、碳纳米线、富勒烯(C60)和Super-P中的任意一种或其混合物。

12.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的阴极的方法，

其中，所述聚合物离聚物为全氟磺酸离聚物或磺化聚三氟苯乙烯。