[发明专利]一种燃料电池催化层、基于其的气体扩散层及制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池催化层，其特征在于：其构成材料包括高分子导电聚合物Nafion和电催化剂；

以相互交织的Nafion憎水主链(碳氟主链)形成催化层的支撑骨架，于支撑骨架内部存在二种有序通道，其一是由催化剂碳载体颗粒从催化层上表面到下表面顺序排列构成的电子导电通道，其二是由Nafion亲水基团(磺酸根基团)从催化层上表面到下表面顺序排列形成的离子导电通道，所述有序通道是指通道垂直催化层表面。

2.如权利要求1所述催化层，其特征在于：所述电催化剂为担载型或非担载型电催化剂；所述电催化剂的活性组分为铂纳米颗粒，质量担载量为0.1％-60％，碳载电催化剂与Nafion质量比0.1％-45％。

3.具有权利要求1或2所述催化层的气体扩散电极，其特征在于：包括气体扩散层和附着于气体扩散层表面的所述催化层。

4.一种权利要求3所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：将含有高分子导电聚合物和催化剂的催化剂浆液分散于一气体扩散层表面后置于电场或磁场效应下维持5秒以上，使催化剂和高分子导电聚合物的排列结构产生变化，在电场或磁场保持的状态下将分散有催化剂浆液的气体扩散层置于0℃以下冷冻0.1-12h，得气体扩散电极。

5.如权利要求4所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：所述电场的电压波形为三角波、方波、正弦波或直流稳定场中的一种；所述磁场为交变波形或稳恒磁场中的一种；

所述电场场强为0.1-10000V/cm；所述磁场场强为1-10M特斯拉。

6.如权利要求4所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：所述催化剂浆液中还含有溶剂，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上，所述溶剂中有机溶剂的体积含量不超过10％。

7.如权利要求6所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：所述催化剂浆液中，溶剂的质量为电催化剂质量的1-20倍；高分子导电聚合物的质量为电催化剂质量的0.1-1倍。

8.如权利要求6所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：所述催化剂浆液中，所述催化剂浆液中，溶剂的质量优选为电催化剂质量的5-10倍；高分子导电聚合物的质量优选为电催化剂质量的0.25-0.5倍。

9.如权利要求4所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：所述催化剂浆液中，所述冷冻过程的降温速率为-20～-300℃/min；最低温度为-170℃，最高温度不高于0℃。

10.如权利要求1或2所述催化层的制备方法，其特征在于：将含有高分子导电聚合物和催化剂的催化剂浆液分散于一基底层表面后置于电场或磁场效应下维持5秒以上，使催化剂和高分子导电聚合物的排列结构产生变化，之后将分散有催化剂浆液的基底层置于0℃以下冷冻0.1-12h，将催化层从基底中剥离得到所述催化层；所述基底为电解质膜、橡胶片、塑料板、金属板中的一种。