[发明专利]低内阻质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种低内阻质子交换膜燃料电池膜电极，在质子交换膜的一面涂覆有阴极催化剂层，在质子交换膜的另一面涂覆有阳极催化剂层，在阴极催化剂层、阳极催化剂层的外侧分别热压有气体扩散层，其特征在于：所述阴极催化剂层、阳极催化剂层分别包括催化剂、质子交换树脂和纳米银线，所述纳米银线整体呈网状结构分布，所述催化剂、质子交换树脂和纳米银线的质量比为(5～20)：(1～20)：(1～5)。

2.如权利要求1所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于：所述阴极催化剂层的Pt载量为0.1～0.5mg/cm²，所述阳极催化剂层的Pt载量为0.05～0.1mg/cm²。

3.如权利要求1或2所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于：所述催化剂为Pt/C、Pt-M/C中的一种或多种，其中Pt含量为5～60％，M为Co、Mo、W、Ru和Pd中的一种或多种；所述质子交换树脂为Nafion。

4.一种如权利要求1～3所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：在质子交换膜的一面涂覆上阴极催化剂浆料并烘干形成阴极催化剂层，接着在质子交换膜的另一面涂覆上阳极催化剂浆料并烘干形成阳极催化剂层，之后在阴极催化剂层、阳极外催化剂层的外侧分别热压上气体扩散层，最后将热压上气体扩散层的半成品表面负载0.05～0.2MPa的压力置于真空度低于0.01MPa且温度为100～130℃的真空干燥箱中处理30～90min，使得纳米银线在相应的催化剂层内焊接形成网络状结构；所述阴极催化剂层的Pt载量控制为0.1～0.5mg/cm²，所述阳极催化剂层的Pt载量控制为0.05～0.1mg/cm²；

所述阴极催化剂浆料和阳极催化剂浆料的制备工艺相同，具体为：将称好重量的催化剂置于去离子水中分散，之后往其中依次加入质量浓度为5～20％的质子交换树脂溶液、易挥发性溶剂、聚乙烯吡咯烷酮和纳米银线形成混合液并将混合液搅拌均匀。

5.如权利要求4所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述去离子水、催化剂、质子交换树脂溶液、易挥发性溶剂、聚乙烯吡咯烷酮和纳米银线的质量比为(50～100)：(5～20)：(20～100)：(500～1000)：(1～5)：(1～5)。

6.如权利要求5所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述易挥发性溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、醋酸丁酯中的一种或多种。

7.如权利要求6所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：将所述混合液搅拌均匀的工艺具体为：先磁力搅拌10～30mim，之后超声震荡40～120mim，最后高速搅拌10～30min。

8.如权利要求4任一所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂浆料、阳极催化剂浆料涂覆在质子交换膜上采用的方法为丝网印刷法或喷涂法。

9.如权利要求4～8任一所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述阴极催化剂浆料、阳极催化剂浆料的烘干工艺均为在60～80℃温度下干燥5～30min。

10.如权利要求4～8任一所述的低内阻质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述热压气体扩散层的工艺具体为：使用热压机在阴极催化剂层、阳极催化剂层的外侧分别热压上气体扩散层，热压压力设置为0.1～0.5MPa，热压温度设置为50～100℃，热压时间为1～2min。