[发明专利]一种低载量直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种直接甲醇燃料电池膜电极，其特征在于，所述膜电极依次包括阳极GDE、膜担载催化层CCM和阴极扩散层；所述阳极GDE依次包括阳极扩散层和阳极催化剂层Ⅰ；所述膜担载催化层依次包括阳极催化剂层Ⅱ、膜和阴极催化剂层；所述阴极催化剂层靠近阴极扩散层，所述阳极催化剂层Ⅱ靠近阳极催化剂层Ⅰ，所述阳极催化剂层Ⅰ和阳极催化剂层Ⅱ包含阳极催化剂；所述阴极催化剂层包含阴极催化剂；所述膜电极贵金属载量低于3mg/cm²，所述阴极催化剂层中贵金属的载量与阳极催化剂层Ⅰ和阳极催化剂层Ⅱ中贵金属的总载量的比例为1:5-5:1，所述阳极催化剂层Ⅱ与阳极催化剂层Ⅰ中贵金属的载量的比例为1:10-10:1；

所述阳极催化剂为PtRu/C或PtRu黑；所述阴极催化剂为Pt/C或Pt黑；

所述膜为Nafion212，厚度为50微米；

所述阳极催化剂层Ⅰ和阳极催化剂层Ⅱ中贵金属PtRu总载量为1-2mg cm^-2；所述阴极催化剂层中贵金属Pt载量为0.5-1mg cm^-2；

所述的甲醇燃料电池膜电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)阳极GDE的制备：①阳极催化剂浆液的配制：用水将阳极催化剂润湿，然后加入低沸点溶剂和5wt％的Nafion乳液，超声搅拌30min，得到所述阳极催化剂浆液；所述水和低沸点醇比例为1:4-4:1；所述阳极催化剂和Nafion树脂的质量比为10:1-10:4；所述低沸点溶剂和阳极催化剂质量比为10:1-100:1；②GDL准备：将阳极扩散层GDL摆放在玻璃板表面后，用胶带固定；③阳极GDE的制备：将所述阳极催化剂浆料涂覆至所述阳极扩散层一侧，得到所述阳极GDE；

(2)CCM的制备：①阴极催化剂浆液制备：用水将阴极催化剂溶润湿，然后加入低沸点溶剂和5wt％的Nafion乳液，超声搅拌30min，得到所述阴极催化剂浆液；所述水和低沸点溶剂比例为1:4-4:1；所述阴极催化剂和Nafion树脂的质量比为10:1-10:4；所述溶剂和阴极催化剂质量比为10:1-100:1；②阴极CCM制备：将膜的一侧涂覆所述阴极催化剂浆液，得到所述阴极CCM；③CCM的制备：将所述阴极CCM的另一侧喷涂步骤(1)中所述的阳极催化剂浆液，得到所述膜担载催化层CCM；

(3)膜电极制备：将步骤(1)制备的阳极GDE、步骤(2)制备的CCM和阴极气体扩散层按顺序依次堆叠，然后置于油压机中于120-140℃，预热0-10分钟，50-100镑/cm²压力下热压1-30min，得到所述膜电极；

所述低沸点溶剂为：乙醇、异丙醇、正丙醇或丁醇；

所述阴极催化剂浆液涂覆的方式为喷涂；所述阳极催化剂浆液的涂覆方式为喷涂；

所述的阳极催化剂浆液和阴极催化剂浆液的喷涂速率为2～5mL min^-1；喷涂温度为45-60℃，喷头超声雾化功率为15W，喷雾气体压力为0 .7MPa，喷头移动速率为100mm s^-1。

2.一种权利要求1所述膜电极在直接甲醇燃料电池中的应用。