[发明专利]一种膜电极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种膜电极，包括：质子交换膜，和复合于质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层；所述阴极催化层和阳极催化层均包括催化剂浆料；所述催化剂浆料包括：PtCo/C催化剂，离子树脂溶液和分散溶剂；所述分散溶剂包括水、醇类化合物和烷烃类化合物。本发明针对PtCo/C催化剂，调节了催化剂浆料的配比，使催化剂达到最佳分散效果，浆料均一稳定。同时防止了离子树脂在溶剂中的团聚，使其能够在亲水相分布不均的催化剂表面均匀覆盖，大大提高了燃料电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，离子导电聚合物为电解质，具有低温工作、快速启动、结构紧凑、可以在任何方位和角度运行的优点，近年来备受关注。

其中，膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件，包括质子交换膜和电极。质子交换膜不仅起着分隔燃料气和氧化剂的作用，而且还起着传递质子的作用，是一种具有选择透过性的高聚合物膜。电极通常分为两层：一层是作为电化学反应场所的催化剂层；另一层是由多孔导电材料制备的收集电流和传质的气体扩散层。燃料电池的性能、效率以及成本都强烈地依赖于膜电极。

目前，燃料电池PtCo/C催化剂是一种高效催化剂，相对于普遍使用的Pt/C催化剂，能够有效地降低Pt载量，降低燃料电池成本，促进氢能源的普及。

然而，PtCo/C催化剂纳米粒子由于制备过程中进行了高温热处理，粒径偏大，有一定程度的团聚现象，同时分布的均匀性较低。因此，该催化剂表面的亲水性、分子基团极性分布不均匀，在制备过程中会出现催化剂颗粒团聚、离子树脂分布不均等问题。

传统的膜电极生产过程中，需要较长时间的热处理干燥，使得溶剂蒸发。但在这个过程中，离子树脂由于其极性，会自发的重组其分布特性，导致离子树脂不能很好的包裹在催化剂表面，这会降低催化层中的质子传导率和Pt的利用率，从而降低电池性能。对于颗粒较小且分布均匀的催化剂，离子树脂分布不均导致的影响较小，可以忽略不计。但PtCo/C催化剂的催化剂颗粒在碳载体上的分散并不均匀，存在团聚大颗粒，这使得离子树脂重组成为一个不容回避的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种膜电极及其制备方法，针对PtCo/C催化剂，改善了电池性能。

本发明提供了一种膜电极，包括：

质子交换膜，和复合于质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层；

所述阴极催化层和阳极催化层均包括催化剂浆料；

所述催化剂浆料包括：PtCo/C催化剂，离子树脂溶液和分散溶剂；

所述分散溶剂包括水、醇类化合物和烷烃类化合物。

优选的，所述PtCo/C催化剂按照以下方法制备：

A)将钴盐溶液分散于含铂量30％～70％的铂碳催化剂溶液中形成悬浮液；

B)酸性环境下，向上述悬浮液中加入水合肼，进行还原反应，固体经干燥、高温处理并酸洗后，得到所述PtCo/C催化剂。

优选的，所述醇类化合物为乙醇和异丙醇。

优选的，所述乙醇和异丙醇的体积比为7:3或5:2。

优选的，所述烷烃类化合物为二氧六环。

优选的，所述PtCo/C催化剂，离子树脂溶液和分散溶剂的质量比为1：(0.1～10)：(10～100)。

优选的，所述水、醇类化合物和烷烃类化合物的体积比为1：(10～20)：(0.5～2)。