[发明专利]一种质子交换膜燃料电池纳米纤维电极的制备方法与应用

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池纳米纤维电极的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）将催化剂、全氟磺酸树脂溶液超声分散于溶剂中，然后加入两种高分子聚合物，搅拌12-48 h得到催化剂浆料；

（2）采用静电纺丝技术，对所述催化剂浆料进行纺丝，得到催化剂层前体；

（3）将所述催化剂层前体于80℃-200℃，加热处理30 min～300 min，得到催化剂层；

（4）将所述催化剂层采用热压法转印到质子交换膜的单侧或双侧，得到所述质子交换膜燃料电池纳米纤维电极；所述热压温度为130℃～145℃，热压压力为0.1 MPa～2 MPa，热压时间为100 s～300 s；

其中，步骤（3）的加热处理过程中，两种高分子聚合物之间发生反应，所述反应包括酯化反应、缩醛反应、中和反应、玻璃化中的一种。

2.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于：步骤（3）的加热处理过程中，两种高分子聚合物之间发生的反应包括含有羟基的高分子聚合物与含有羧酸基的高分子聚合物发生的酯化反应、含有羟基的高分子聚合物与含有醛基的高分子聚合物发生的缩醛反应、含有羟基的高分子聚合物与含有醚键的高分子聚合物形成络合物中的一种。

3.根据权利要求2所述的电极的制备方法，其特征在于：所述含有羟基的高分子聚合物为聚乙烯醇（PVA）或环糊精；所述含有羧酸基的高分子聚合物为聚丙烯酸（PAA）；所述含有醛基的高分子聚合物为戊二醛；所述含有醚键的高分子聚合物为环氧乙烷。

4.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述加热处理的气氛为空气、氮气、氩气中的一种。

5.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述催化剂为Pt/C、PtPd/C、PtFe/C、PtCo/C、PtNi/C、PtCu/C中的一种或两种；所述催化剂中，Pt质量分数为10wt.%～70 wt.%；所述全氟磺酸树脂溶液的质量分数为5 wt.%～15 wt.%；所述催化剂、全氟磺酸树脂溶液中的全氟磺酸树脂、高分子聚合物质量比为50:25:25～68:23:9；所述催化剂浆料的粘度为50 cp-200 cp。

6.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的超声分散的时间为1-4h；步骤（1）中所述催化剂与溶剂的质量比为1:2-5，所述溶剂为水和异丙醇的混合液；所述混合液中，水和异丙醇的质量比为1:3-10。

7.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述静电纺丝的环境参数为：温度10℃-30℃，相对湿度10%-50%RH；控制参数为：催化剂浆料进料速率为0.3 mL/h-1.2 mL/h，电压为8 kV-20 kV，转鼓接收器的转速为100 rpm/min-300 rpm/min，针头直径为10G-25G，针头与接收器的距离为8 cm-15 cm。

8.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于：所述催化剂层厚度为1μm-5μm。

9.一种权利要求1-8任意一项所述的电极的制备方法制备得到的质子交换膜燃料电池纳米纤维电极，其特征在于：所述纳米纤维电极的催化剂层为纳米纤维结构；所述纳米纤维的直径为200 nm-800 nm，纳米纤维电极的催化剂层孔隙率为25 %-75 %。

10.根据权利要求9所述的纳米纤维电极，其特征在于，所述催化剂层为：催化剂均匀包覆在纳米纤维骨架的外侧形成。

11.一种权利要求9所述的质子交换膜燃料电池纳米纤维电极在质子交换膜燃料电池膜电极中的应用。