[发明专利]一种双功能电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种双功能电极，其特征在于：包括基底层和附着于所述基底层的电容-催化复合层；所述电容-催化复合层中含有电容材料、电催化剂和粘结剂；催电容-催化复合层中催化剂的载量为0.05-5mg/cm²，粘结剂质量占催化剂和粘结剂总质量的5％-50％，电容材料的载量为0.1-50mg/cm²。

2.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：所述电容材料为导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚芴、聚嵌二萘、聚甘菊环、聚萘、聚咔唑、聚吲哚或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或它们的衍生物或它们之间的共聚物中的一种或两种以上。

3.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：所述基底层为碳纸或碳布中的一种。

4.一种权利要求1-3任一所述双功能电极的制备方法，其特征在于：包括(1)电容材料导电聚合物的制备和(2)电容-催化复合层的制备；所述导电聚合物的制备方法为电化学聚合法或化学聚合法。

5.如权利要求4所述双功能电极的制备方法，其特征在于：所述电化学方法为以添加有掺杂酸的导电聚合物单体溶液为电解质溶液中，以一导电基底为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为工作电极，于一导电基底表面电化学沉积导电聚合物，再将制得的导电聚合物与所述导电基底剥离，得导电聚合物；所述导电基底组分包括铂、金、铜、银中的一种或两种以上。

6.如权利要求4所述双功能电极的制备方法，其特征在于：所述化学聚合方法为导电聚合物单体溶液中加入掺杂酸和氧化剂使之发生化学聚合反应制备导电聚合物。

7.如权利要求5所述双功能电极的制备方法，其特征在于：所述电化学方法制备导电聚合物过程中，导电聚合物单体溶液中，溶剂为水，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L；所述电化学沉积过程中反应温度为-5-50℃，沉积电流密度为0.01-20mA/cm²。

8.如权利要求6所述双功能电极的制备方法，其特征在于：所述化学聚 合方法制备导电聚合物过程中，导电聚合物单体溶液中，溶剂为甲醇、乙醇、水、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合溶液，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L；所述化学聚合方法中，溶液中氧化剂与导电聚合物单体的物质的量的比为0.5-2；所述反应温度为-5-50℃，反应时间为12-48小时；所述氧化剂为过硫酸铵，氯化铁，过氧化氢，高锰酸钾中的一种或两种以上的混合物。

9.如权利要求4所述双功能电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)电容-催化复合层的制备方法为于溶剂中加入步骤(1)所得导电聚合物，以及电催化剂和粘结剂配制成浆液，采用刷涂、喷涂、丝网印刷中的一种或两种以上于一气体扩散层表面制得电容-催化复合层。

10.一种采用权利要求1-3任一所述双功能电极的燃料电池-超级电容器一体化发电单元，其特征在于：包括阳极、阴极和电解质膜，所述阳极和/或阴极为双功能电极；所述电解质膜为质子交换膜或碱性阴离子交换膜；所述电解质膜置于所述阳极和阴极之间，或双功能电极单独作为半电池测试其性能。