[发明专利]一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法

说明书

本发明属于燃料电池膜电极技术领域，具体涉及一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法。本发明所述一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法包括如下步骤：将催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体超声分散，调节pH8～9，得到水相催化剂浆料；将酰氯单体、碳粉分散于有机溶剂中得到油相；将质子交换膜两侧表面针刺非贯穿性微孔，然后利用超声雾化机将水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜表面，形成水相催化剂浆料层；超声雾化将油相涂在碳纤维纸表面形成油相层；使油相层与水相催化剂浆料层接触；重复在质子交换膜的另一面喷涂水性催化剂浆料和粘附有油相的碳纤维纸、热压，形成燃料电池膜电极。本发明能有效防止催化剂脱落和劣化。

技术领域

本发明属于燃料电池膜电极技术领域，具体涉及一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法。

背景技术

燃料电池是不经过燃烧，直接以电化学反应将氢气、天然气等燃料和氧化剂直接转化为电能的高效发电装置。燃料电池除了能效转换率高之外，最大的好处是氢燃料储量丰富、清洁环保、可再生。目前应用于燃料电池汽车的主要是质子交换膜燃料电池（也叫氢燃料电池），它以纯氢为燃料，具备能量转换效率高、噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等性能。

质子交换膜燃料电池( proton exchange membrane fuel cell，PEMFC) 也称为聚合物电解质膜燃料电池，是一种新兴、高效、环境友好的能源转换应用电池，在运输、固定以及可移动电源领域应用广泛。膜电极由质子交换膜( proton exchange membrane，PEM)和电极组成。PEM 起着传递质子与分隔燃料气和氧化剂的作用，是一种具有选择性的高聚合物膜。电极通常分为两层，即催化剂层和气体扩散层( Gas diffusion layer，GDL) 。

膜电极是燃料电池的核心部件，是燃料和氧化剂发生电化学反应产生电能的部位。膜电极的催化层中催化剂的分散性、表面活性、耐久性对于燃料电池的性能和使用寿命具有非常重要的意义。质子交换膜燃料电池通常在高湿、强酸、高温环境运行工作，对催化剂造成较大的损失和劣化。因此将催化剂有效分散在质子交换膜表面并牢固的附着，对降低单位面积催化剂担载使用量、提高催化剂反应活性、降低催化剂损失非常关键。而现有技术采用催化浆料直接喷涂技术难以形成牢固的附着。

申请号为：200810046953.6 的专利申请公开了一种基于多孔基体的燃料电池催化剂层、燃料电池芯片及制备方法。其催化剂层包括多孔质子交换膜、催化剂，或者还有质子交换树脂，催化剂和质子交换树脂位于多孔质子交换膜的微孔内，多孔质子交换膜由含磺酸基团的质子交换树脂单体构成，催化剂为负载型贵金属单质或贵金属合金，或者为经过氧化处理的负载型贵金属单质或贵金属合金；载体是纳米导电碳黑等。催化剂层的制法：制备催化剂料浆，将多孔质子交换膜浸入到催化剂料浆中，将膜干燥，热压成型。用上述催化剂层制备燃料电池芯片的方法：按聚四氟乙烯薄膜-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-聚四氟乙烯薄膜的顺序排列成5合一叠件；叠件热压，冷却至室温，揭去外侧聚四氟乙烯薄膜，即得芯片。

申请号为：200810046956.X的专利申请公开了基于多孔质子交换膜基体的燃料电池催化剂层、膜电极及制备方法。其催化剂层包括多孔质子交换膜、催化剂、或者还有质子交换树脂；多孔质子交换膜由含磺酸基团的质子交换树脂单体构成；催化剂为负载型贵金属单质或贵金属合金催化剂。催化剂层的制备是，将多孔质子交换膜浸催化剂料浆后干燥热压成型。膜电极的制备是，将催化剂层置于一涂有微孔层或水管理层的碳纸表面，热压，然后将一质子交换膜置于两个相同的气体扩散层电极之间，膜与催化剂层接触，再热压制得，或按碳纸-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纸的顺序排列，然后热压制得。