[发明专利]一种孔隙结构可调的膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种孔隙结构可调的膜电极，所述膜电极包括：阳极催化层和多孔的阴极催化层置于质子交换膜上；所述阳极催化层由阳极催化剂浆料制成，阴极催化层由阴极催化剂浆料制成，其特征在于，所述阳极催化剂浆料包括以下组分：催化剂、粘结剂、分散溶剂，其质量比为1:1～10:10～1000；所述阴极催化剂浆料包括以下组分：催化剂、粘结剂、分散溶剂和造孔剂，其质量比为1:1～10:10～1000:0.01～1。

2.根据权利要求1所述的孔隙结构可调的膜电极，其特征在于，所述多孔的阴极催化层的孔隙结构调节通过在催化剂浆料中添加造孔剂，待膜电极成型后再去除造孔剂来实现。

3.根据权利要求1或2所述的孔隙结构可调的膜电极，其特征在于，所述造孔剂选自氧化镁、氧化钴、氧化铜、氧化铁、氧化锌和氧化铝中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的孔隙结构可调的膜电极，其特征在于，所述催化剂选自Pt催化剂或Pt合金催化剂或Pt单层催化剂中的一种；

所述粘结剂选自全氟磺酸离子树脂溶液和聚四氟乙烯溶液中的至少一种；

所述分散溶剂选自去离子水、醇类和烷烃类有机溶剂中的至少一种。

5.一种根据权利要求1所述的孔隙结构可调的多孔膜电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)催化剂浆料的配制：将催化剂、粘结剂和分散溶剂按比例混合，搅拌然后球磨分散，获得阳极催化剂浆料；将催化剂、粘结剂、分散溶剂和造孔剂按比例混合，搅拌然后分散，获得阴极催化剂浆料；

(2)膜电极的喷涂：将质子交换膜置于真空加热板上，在质子交换膜一侧喷涂步骤(1)制备的阳极催化剂浆料，然后在质子交换膜另一侧喷涂步骤(1)制备的阴极催化剂浆料，溶剂挥发后成型，获得喷涂了阴极催化层和阳极催化层的膜电极；

(3)阴极催化层孔隙构建：将步骤(2)喷涂好的膜电极进行造孔剂的去除处理，即得所述孔隙结构可调的多孔膜电极。

6.根据权利要求5所述的孔隙结构可调的多孔膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述催化剂浆料采用超声搅拌10-60分钟，然后使用球磨机进行分散1-24小时。

7.根据权利要求5所述的孔隙结构可调的多孔膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述催化剂浆料采用静电喷涂的方法涂布于质子交换膜表面。

8.根据权利要求5所述的孔隙结构可调的多孔膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述造孔剂的去除处理具体为：将步骤(2)获得的膜电极置于酸性溶液中处理，即可。

9.根据权利要求8所述的孔隙结构可调的多孔膜电极的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液选自H₂SO₄、HNO₃和HCl中的至少一种，酸性溶液的浓度为0.1-10mol/L；

所述处理温度为25～100℃处理1-10小时。

10.根据权利要求8所述的孔隙结构可调的多孔膜电极的制备方法，其特征在于，所述造孔剂的去除处理还包括将酸性溶液处理后的膜电极放入去离子水中加热至25～100℃处理1-10小时，取出后烘干。