[发明专利]直接甲醇燃料电池多层阻醇膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于直接甲醇燃料电池的膜电极的制备方法，具体地说，涉及一种多层阻醇膜电极的制备方法，属于燃料电池领域。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)是将甲醇溶液或者纯甲醇和氧气中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，相对于其它电池来说，其具有能量密度高、燃料来源广泛、无需充电、低污染等优点，可作为便携式电源应用于电动交通工具、笔记本等领域，但由于其研发时间较短，在许多技术方面上还不够成熟，影响了其走向产品化的进程。

膜电极集合体(MEA)是直接甲醇燃料电池(DMFC)的核心部件，目前MEA的研究除了注重性能外，更重要的是提高稳定性和使用寿命，降低成本。美国的DuPont公司、Fuel Cells公司、Gore Fuel Cells公司、E-Tek公司，英国Johnson Matthey公司等先后投巨资研究开发MEA制备技术，DuPont公司开发了自密封MEA的制备工艺，提高了MEA的可靠性和使用寿命，但是其技术处于高度保密状态，E-TEK公司以气体扩散电极中的亲/疏水性和孔径梯度分布为研究重点，开发了一系列性能良好的气体扩散电极。但是这些产品的制备无法实现批量化，并且价格依然较高。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种新的直接甲醇燃料电池多层阻醇膜电极的制备方法，用于制备直接甲醇燃料电池多层阻醇膜电极。

本发明的直接甲醇燃料电池多层阻醇膜电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)质子交换膜预处理：依次在过氧化氢溶液、稀硫酸和去离子水中处理质子交换膜，以除去膜上的杂质；

(2)制备扩散层：将用疏水剂调变过的富空碳粉分层制备到炭布上，制成带可控微孔通道结构的扩散层；

(3)将阴、阳极催化剂、溶剂和粘结剂，超声震荡，调制成墨水状混合物，直接制备到预处理好的质子交换膜表面，并干燥；

(4)将阳极扩散层、阴/阳极侧都已涂上催化剂的质子交换膜和阴极扩散层通过热压的方式合为一体。

在第(2)步中，制备扩散层过程中，采用丝网印刷方法或者平板刷涂方法将用疏水剂调变过的富空碳粉分层制备到炭布上。

在第(3)步中，采用超声喷涂方法或刷涂方法将制成的墨水状混合物直接制备到预处理好的质子交换膜表面。

所说的富空碳粉为乙炔黑，所说的疏水剂为聚四氟乙烯(PTFE)，所说的质子交换膜为全氟磺酸树脂膜(Nafion膜)，所述的阴极催化剂为Pt/C，阳极催化剂为Pt-Ru/C，所说的溶剂选自水、乙醇、乙二醇、异丙醇或丙三醇，所说的粘结剂为亲/疏水性剂。

所说的亲/疏水性剂为Nafion/PTFE。

本发明的直接甲醇燃料电池多层阻醇膜电极的制备方法具有如下技术效果：

(1)采用超声喷涂或者刷涂工艺分层将催化剂直接制备到离子交换膜(如Nafion膜)表面，不同层次的催化层通过亲/疏水性剂(如Nafion或PTEE)作为粘接剂并调变其含量，实现催化层通过亲/疏水性的梯度分布，优化催化层的传质和立体结构，在同等输出性能情况下，提高催化剂的利用率，从而将阴阳极催化剂载量降低1-2mg/cm²，低于目前商品化的4mg/cm²水平。

(2)采用丝网印刷或平板刷涂工艺将用疏水剂(如PTEE)调变过的富孔碳粉(如乙炔黑)分层制备到碳纸或碳布上，制成带可控微孔通道结构的扩散层，控制阴极生成水的毛细背压，从而将阴极生成的水部分返回阳极，实现MEA内部水管理，可以提高甲醇燃料利用率到70％以上，并且整个电极采用喷涂工艺，容易实现膜电极集合体的批量制备。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

本实施例中，直接甲醇燃料电池多层阻醇膜电极的制备方法包括以下步骤：

(1)质子交换膜预处理：依次在过氧化氢溶液、稀硫酸和去离子水中处理质子交换膜全氟磺酸树脂膜(Nafion膜)，以除去膜上的杂质；

(2)制备扩散层：通过丝网印刷方法将用聚四氟乙烯(PTFE)调变过的乙炔黑分层制备到炭布上，制成带可控微孔通道结构的扩散层；

(3)采用超声喷涂方法将阴极催化剂Pt/C、阳极催化剂Pt-Ru/C、水和Nafion/PTFE，超声震荡，调制成墨水状混合物，直接制备到预处理好的全氟磺酸树脂膜(Nafion膜)表面，并干燥；