[发明专利]一种用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极及其制备方法。该电极包括一体化流场扩散层和催化层；所述一体化流场扩散层包括基底和填充层；所述基底为在厚度方向上具有孔隙率梯度的金属纤维或金属粉末烧结多孔板；所述填充层附着在基底孔隙率较小的一侧面及部分内部空间；所述催化层附着在填充层的表面；本发明用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极的制备方法，包括如下步骤：（1）基底的制备；（2）填充层的制备；（3）一体化流场扩散层的制备；（4）催化层的制备；（5）复合电极的制备。本发明提出了流场和扩散层一体化制备，省去了单独加工及流场制备工艺，简化了电池关键组件‑膜电极的制备工艺，具备高效、低成本的特点。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是一种用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极及其制备方法。

背景技术

当下，能源危机越来越严重，而且传统的化学能源存在环境污染大、能源利用率低等弊病，在此种背景下，燃料电池显示出其特有的优势：环保、清洁，而且能够直接将化学能源源不断的转化为电能。直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种以甲醇和氧气为原料的燃料电池，具有结构相对简单、制作方便、能量密度高、燃料易于运输和储存且相对安全等优势，成为近十年来国内外各科研机构、各大公司研究的热点。

DMFC的结构组成主要包括端板、集电板、流场板和膜电极，膜电极又细分为扩散层、催化层和质子交换膜。在传统的各组件加工制造工艺中，流场板大多需要在金属或者石墨板上通过机加工、冲压等工艺而单独形成。对于膜电极的主流加工工艺来说，扩散层一般采用亲疏水处理的碳纸或碳布等材料，在表层制备微孔层；而催化层要么附着在微孔层上，要么附着在质子交换膜上，然后在一定温度和压力下热压，形成膜电极组件。这种流场和扩散层单独制备以及膜电极各组件通过热压而形成的加工方式，使得DMFC加工制造的整个工艺过程较为复杂，加工时间较长，耗费较多的人力、物力和财力。在电池组装过程中，流场板和膜电极又为单独分离的板状组件，通过装配机械力被压紧到一定程度，以此来降低接触电阻，但此接触电阻仍然占了整体电阻中较大的一部分，从而增大了电池的能量损耗。

发明内容

为了解决DMFC各零部件加工或制备工艺繁冗的问题，从而简化工艺步骤，降低加工制造成本，本发明提供了一种用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极及其制备方法。

对于直接甲醇燃料电池而言，流场、扩散层和催化层对电池性能有着极大的影响。本发明的免热压复合电极首先将传统的单独分离、靠机械装配压紧的流场板和扩散层合二为一，制备出一体化流场扩散层。在一体化流场扩散层多孔、三维结构的基础上，喷涂催化层浆料，形成高比表面积的催化层，从而形成流场-扩散层-催化层复合电极，简化了电池结构，显著降低零部件本身电阻和接触电阻的同时，能够更好地进行反应物和产物的管理，有利于提升电池性能。

本发明通过如下技术方案实现。

一种用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极，包括一体化流场扩散层和催化层；

所述一体化流场扩散层包括基底和填充层；所述基底为在厚度方向上具有孔隙率梯度的金属纤维或金属粉末烧结多孔板；所述填充层附着在基底孔隙率较小的一侧面及部分内部空间；

所述催化层附着在填充层的表面。

进一步地，所述免热压复合电极在用于直接甲醇燃料电池时，直接将所述免热压复合电极置于直接甲醇燃料电池的集电板中间的阶梯通孔中，并且催化层一侧靠近交换膜。

进一步地，所述基底的厚度为1~2mm。

进一步地，所述基底在厚度方向上，具有在60~90%范围变化的孔隙率梯度。

进一步地，所述金属纤维或金属粉末的材料优选为铜或不锈钢。

进一步地，所述用于直接甲醇燃料电池的免热压复合电极包括阳极复合电极或阴极复合电极。