[发明专利]一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法

权利要求书

1.一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

S1：先将未处理的碳纸或者碳布浸泡于丙酮中，加热煮沸20min，然后再将其浸泡于溶有憎水性物质的分散液中，静置30min后取出并干燥，再在360℃温度的马弗炉中烧结45min，将碳粉分散于有机溶剂和憎水性物质的混合液中，喷涂在含有憎水层的碳纸或者碳布上，于360℃马弗炉中干燥45min，取出冷却称量计算，得到憎水性物质含量为10-35wt.％，碳粉载量为1.0-5.0mg/cm²的疏水性气体扩散层；

S2：将催化剂、三嗪类共价有机框架材料、全氟磺酸聚合物、有机分散剂按照质量比3～6：2～5：1～4：200～1000超声分散成均匀的催化剂浆料，均匀地负载于步骤S1中获得的气体扩散层上，干燥后形成带有阴极催化层的电极整体、及带有阳极催化层的电极整体；

S3：将步骤S2中所制备的带有阴极催化层的电极整体、及带有阳极催化层的电极整体在100-170℃的马弗炉中干燥5-8小时；

S4：将质子交换膜在质量百分数为2～6wt.％的H₂O₂溶液中热处理1-2小时，再置于浓度为0.5～1.5mol/L的H₂SO₄溶液中热处理1～2小时，然后保存于去离子水中；

S5：将步骤S3所得的两片电极整体分别置于步骤S4中经处理过的质子交换膜的两侧，使用热压机在热压模具中，120℃温度环境中热压5分钟，形成三合一的膜电极。

2.根据权利要求1所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述步骤S2中使用的催化剂选用Pt/C，Pt-Ru/C，Pt-Pd/C中的任一种，且在阴极催化层和阳极催化层中铂载量分别为0.1-0.3mg/cm²。

3.根据权利要求1所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述步骤S2中使用的三嗪类共价有机框架材料的孔的直径为0.3-0.5nm。

4.根据权利要求1所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：在所述步骤S3后冷却称重，使得三嗪类共价有机框架材料在阴极催化层、阳极催化层中所占的质量百分数均为5wt.％-25wt.％。

5.根据权利要求1所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述步骤S2中使用的有机分散剂为粘结剂按质量比1:10-15分散于有机溶剂中形成的分散液。

6.根据权利要求5所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述粘结剂选用PTFE/H₂O，PVDF/DMAc，Nafion溶液中的任一种。

7.根据权利要求5所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选用乙醇或异丙醇中的任一种。

8.根据权利要求1所述的一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述质子交换膜选用厚度为100-130μm的全氟磺酸质子交换膜，或厚度为5～40μm的聚四氟乙烯全氟磺酸膜中的任一种。