[发明专利]一种膜电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种膜电极的制备方法，包括：将阴离子交换膜设置在阴极气体扩散电极和阳极气体扩散电极之间进行原位交联处理，得到膜电极；所述阴离子交换膜、阴极气体扩散电极和阳极气体扩散电极中的阴离子交换树脂相同；所述阴离子交换树脂带有能够进行交联的基团。与现有技术相比，本发明提供的膜电极的制备方法使阴离子交换膜和气体扩散电极中的阴离子交换树脂发生交联，形成一个整体，不但可以提高催化层与阴离子交换膜相界面的结合力以及膜电极的机械强度，还能够大大降低阴阳极催化层和阴离子交换膜间OH^‑的传质阻力，从而提高燃料电池性能及电池稳定性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种膜电极的制备方法。

背景技术

化石能源的逐渐枯竭和日益严重的温室效应使得人类不得不正视自己面临的生存环境，如何在保证当前经济发展的前提下防止环境污染和温室效应的加剧，是本世纪人类需要解决的一大重要问题。

燃料电池因其可以使用清洁能源，而且具有能效高等优点被广泛研究。离子交换膜燃料电池作为一种低温电池，因结构简单、操作温度低，被作为新一代的能动机。其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)在过去十年间受到了学术界的密切关注，也得到了一定的发展。但是由于质子交换膜燃料电池使用的离子交换膜和催化剂造价高，使其推广受到了大大的限制。正是由于这种条件限制，使得与质子交换膜燃料电池相似的碱性燃料电池(AEMFC)逐渐进入电池界的视野。

由于碱性燃料电池中的传导离子是OH_-，因此允许碱性燃料电池使用非贵金属作为催化剂，这使其大大降低了成本，以期成为质子交换膜燃料电池的替代品。但是由于OH_-的离子迁移速率只有H⁺的三分之一，使得碱性燃料电池比质子交换膜燃料电池的能量密度要低。因此，如何降低电池内阻，提高OH_-在离子交换膜中的传导速率，是提高碱性燃料电池性能的重要途径之一。

膜电极(MEA)作为碱性燃料电池的重要部件，是电池反应的主要场所，不但负责离子传输，还提供电子传导。其中，离子交换膜与催化剂层的接触至关重要。膜电极的好坏直接影响到碱性燃料电池的性能。从质子交换膜燃料电池到碱性燃料电池，广大学者都在致力于通过改进膜电极来提高电池性能。

德国《先进材料》(Advanced Materials,2015,27,2974–2980)报道了一种膜/催化剂咬合型界面膜电极的制备方法。具体方法为，在磺化聚醚砜(SPAES)膜表面制作一层有着规则排列小柱的微图案表面，然后利用Nafion基催化剂墨水在其表面形成一层平整且一致的nafion层。随着温度的提高，nafion会变软，在热压状态下允许硬的SPAES小柱压入到软的nafion层，形成近似于乐高积木的咬合界面。因此，nafion层扮演了界面粘附层(IBL)的角色，它可以将CL连接到带花印的磺化聚醚砜SPAES(P-SPAES)上。在水合膨胀下榫/槽界面处产生巨大的法向力，从而产生较高的剥离强度，由此来提高界面结合力。这种方法虽然加大了催化层在离子交换膜上的粘附力，但是属于物理结合，且磺化聚醚砜层和nafion层的相容性不好，仍然存在脱落的可能，而且离子传输慢，传质电阻大，无法有效提高燃料电池的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膜电极的制备方法和燃料电池，本发明提供的方法制备得到的膜电极界面结合力高而且电化学性能较好。

本发明提供了一种膜电极的制备方法，包括：

将阴离子交换膜设置在阴极气体扩散电极和阳极气体扩散电极之间进行原位交联处理，得到膜电极；

所述阴离子交换膜、阴极气体扩散电极和阳极气体扩散电极中含有相同的阴离子交换树脂；

所述阴离子交换树脂带有能够进行交联的基团。