[发明专利]用于聚合物电解质燃料电池的复合电极层

权利要求书

1.一种聚合物电解质膜燃料电池，包括：

质子传导固体聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜具有第一面和相对的第二面；

覆盖在所述聚合物电解质的所述第一面上的阳极催化剂层；以及

覆盖在所述聚合物电解质的所述第二面上的阴极催化剂层；

其中，所述阳极催化剂层或所述阴极催化剂层中的至少一个包括复合电极层，所述复合电极层包括胶体或可溶性离聚物粘合剂组分、催化剂和散布在整个所述复合电极层厚度上的不溶性离聚物纳米纤维，使得至少一些所述离聚物纳米纤维接触所述聚合物电解质膜，所述离聚物纳米纤维以基于复合电极层的总重量的5-20的重量百分比存在于所述复合电极层中。

2.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜燃料电池，其中所述离聚物纳米纤维具有大于20的纵横比。

3.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜燃料电池，其中至少所述阴极催化剂层包括所述复合电极层。

4.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜燃料电池，其中所述胶体或可溶性离聚物粘合剂组分包括磺化含氟聚合物。

5.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜燃料电池，其中所述催化剂包括负载在碳载体颗粒上的铂族金属纳米颗粒。

6.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜燃料电池，其中至少一些所述离聚物纳米纤维从所述复合电极层的第一主面延伸到所述复合电极层的第二主面，从而完全横穿所述复合电极层的厚度。

7.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜燃料电池，还包括：

覆盖在所述阳极催化剂层上的第一气体扩散介质层；

覆盖在所述阴极催化剂层上的第二气体扩散介质层；

覆盖在所述第一气体扩散介质层上并被配置为向所述阳极催化剂层输送氢气的第一导电流场板；以及

覆盖在所述第二气体扩散介质层上并被配置为向所述阴极催化剂层输送氧化剂气体的第二导电流场板。

8.一种聚合物电解质膜燃料电池，包括：

质子传导固体聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜具有第一面和相对的第二面；

覆盖在所述聚合物电解质的所述第一面上的阳极催化剂层；

覆盖在所述聚合物电解质的所述第二面上的阴极催化剂层，所述阴极催化剂层为复合电极层，所述复合电极层包括胶体或可溶性离聚物粘合剂组分、与所述可溶性离聚物粘合剂组分一起分散的催化剂以及散布在整个所述复合电极层厚度上的离聚物纳米纤维，以便在所述复合电极层的厚度上建立从所述复合电极层的第一主面到第二主面的质子传输路径的随机网络；

覆盖在所述阳极催化剂层上的第一气体扩散介质层；

覆盖在所述阴极催化剂层上的第二气体扩散介质层；

覆盖在所述第一气体扩散介质层上并被配置为向所述阳极催化剂层输送氢气的第一导电流场板；以及

覆盖在所述第二气体扩散介质层上并被配置为向所述阴极催化剂层输送氧化剂气体的第二导电流场板。

9.根据权利要求8所述的聚合物电解质膜燃料电池，其中所述离聚物纳米纤维以基于所述复合电极层的总重量的5wt％-20t％的重量百分比存在于所述复合电极层中。

10.一种制造用于聚合物电解质膜燃料电池的复合电极层的方法，所述方法包括：

制备包括溶解或分散在溶剂中的离聚物颗粒的离聚物溶液；

将不溶性离聚物纳米纤维引入所述离聚物溶液中；

将催化剂引入所述离聚物溶液以形成电极油墨浆料；

将所述电极油墨浆料浇铸到基底的表面上，以将湿前体复合层施加到基底上；以及

从所述湿前体复合层中除去所述溶剂以在所述基底的所述表面上得到复合电极层，所述复合电极层具有第一主面和相对的第二主面，并且包括互穿多孔基质，所述互穿多孔基质包括催化剂、分布在催化剂中和催化剂周围的胶体或可溶性离聚物粘合剂组分，所述不溶性离聚物纳米纤维散布在整个所述复合电极层的厚度上，使得至少一些所述离聚物纳米纤维暴露在所述第一主面、所述第二主面或所述第一和第二主面两者处。