[发明专利]纳米结构的PEMFC电极

权利要求书

1.一种用于燃料电池的电极，包括：

催化剂层，与气体扩散层和质子交换膜邻近，并且包括不含离聚物的负载有活性金属的碳纳米结构和不含活性金属的涂覆有离聚物的碳纳米结构的混合物，所述不含离聚物的负载有活性金属的碳纳米结构和所述不含活性金属的涂覆有离聚物的碳纳米结构布置为限定碳纳米结构之间的孔，以促进反应物气体和产物水在燃料电池中的传输。

2.根据权利要求1所述的电极，其中，碳纳米结构是多壁碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的电极，其中，活性金属是铂或者包括两种或三种不同金属的铂合金。

4.根据权利要求1所述的电极，其中，离聚物是全氟磺酸。

5.根据权利要求1所述的电极，其中，离聚物在每个涂覆有离聚物的碳纳米结构的表面上形成连续的涂层。

6.根据权利要求1所述的电极，其中，催化剂层的活性金属的负载量是3wt.％至60wt.％。

7.根据权利要求1所述的电极，其中，在涂覆有离聚物的碳纳米结构中，离聚物的量是从0.1mg/cm²至5.0mg/cm²。

8.一种燃料电池单元，包括：

双极板；

气体扩散层，与所述双极板邻近；

质子交换膜；

催化剂层，夹在气体扩散层与质子交换膜之间，并且包括不含离聚物的负载有活性金属的碳纳米结构和离聚物涂覆的不含活性金属的碳纳米结构的混合物，所述不含离聚物的负载有活性金属的碳纳米结构和所述不含活性金属的涂覆有离聚物的碳纳米结构布置为限定碳纳米结构之间的孔，以促进反应物气体和产物水在燃料电池中的传输。

9.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其中，碳纳米结构包括纳米管、纳米纤维或者纳米管和纳米纤维两者。

10.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其中，离聚物是质子导电聚合物。

11.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其中，活性金属是铂或铂合金。

12.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其中，碳纳米结构的长度是0.2μm至30μm。

13.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其中，碳纳米结构的外直径是10nm至300nm。

14.一种形成燃料电池电催化剂的方法，包括：

在第一多个碳纳米结构上沉积活性金属；

在第二多个碳纳米结构上涂覆离聚物溶液；

将所述第一多个碳纳米结构和所述第二多个碳纳米结构混合以形成油墨；

将油墨施用到质子交换膜上以形成燃料电池电催化剂。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过物理气相沉积来沉积活性金属。

16.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括在将所述第一多个碳纳米结构与所述第二多个碳纳米结构混合之前将第二多个碳纳米结构与离聚物溶液混合并且对离聚物涂覆的第二多个碳纳米结构进行干燥。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，在涂覆有离聚物的碳纳米结构中，离聚物的量是从0.1mg/cm²至5.0mg/cm²。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，形成的电催化剂中的铂负载量是0.03mg/cm²至0.3mg/cm²。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，在将所述第一多个碳纳米结构与所述第二多个碳纳米结构混合以形成油墨之前，将所述第一多个碳纳米结构和所述第二多个碳纳米结构各自分散在水和乙醇的混合物中以形成单独的悬浮液。