[发明专利]一种质子交换膜燃料电池催化层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池催化层及其制备方法，所述催化层为三层，第一层催化层为Pt/C催化剂与聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物粘结剂混合层，第二层催化层为Pt/CNTs催化剂与Nafion粘结剂混合层，第三层催化层为Pt/C催化剂与PBI离聚物粘结剂混合层。本发明的优点在于能够有效提升质子交换膜燃料电池的反应催化性能，获得更高的功率密度。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池催化层及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC) 是一种高效的氢能转换装置，具有转换效率高、环境友好的优势，可应用于新能源汽车、野外移动供电以及静默动力供电等诸多领域。但是目前燃料电池要求使用较高纯度的氢气作燃料，由此造成的燃料成本居高不下，限制了其广泛的应用。

膜电极作为质子交换膜燃料电池的核心组件，其主要有质子交换膜、催化层和扩散层组成，催化层是燃料在膜电极内发生化学反应的场所，即是催化剂、电解质和反应气体形成的“三相界面”影响电化学反应。因此设计优化催化层对提升燃料电池的性能有着重要的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池催化层及其制备方法，实现更高的功率密度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种质子交换膜燃料电池催化层，其特征在于，所述催化层为三层，第一层催化层为Pt/C催化剂与聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物粘结剂混合层，第二层催化层为Pt/CNTs催化剂与Nafion粘结剂混合层，第三层催化层为Pt/C催化剂与PBI离聚物粘结剂混合层。

优选的，所述Pt/C催化剂与聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物粘结剂的质量比为（30-50）：1。

优选的，所述Pt/CNTs催化剂与Nafion粘结剂混合层的质量比为（40-45）：1。

优选的，所述Pt/C催化剂与PBI离聚物粘结剂的质量比为（3-5）：1。

一种质子交换膜燃料电池催化层制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：按上述质量比取Pt/C催化剂与聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物粘结剂加入至异丙醇混合后并超声10-20min，制成浆料，然后将浆料喷涂于PTFE基底上，喷涂完成后在50-60℃下干燥30-40min，完成第一层催化层的制备；

步骤2：按上述质量比取Pt/CNTs催化剂与Nafion粘结剂加入至异丙醇混合后并超声8-10min，制成浆料，然后将浆料喷涂于第一层催化层上，喷涂完成后在50-60℃下干燥30-40min，完成第二层催化层的制备；

步骤3：按上述质量比取Pt/C催化剂与PBI离聚物粘结剂粘结剂加入至异丙醇混合后并超声10-15min，制成浆料，然后将浆料喷涂于第二层催化层上，喷涂完成后在50-60℃下干燥30-40min，完成第三层催化层的制备；

步骤4：将步骤3所得的催化层置于高温下烧结后，冷却至室温，完成制备；

步骤5：将制备好的覆盖有PTFE基板的催化层放置于质子交换膜一侧，130-145℃热压10-15min，最后剥离PTFE基板。

优选的，所述步骤4中烧结温度为250-320℃，烧结时间为2-3h。

综上所述，本发明具有以下有益效果：通过设置三层催化层，外两层采用Pt/C催化剂，中间层采用Pt/CNTs催化剂能够实现Pt的较高利用率，且拥有优异的电化学稳定性，同时三层催化层的设计在保持抗毒耐毒性能的同时，可有效提升质子交换膜燃料电池的反应催化性能，获得更高的功率密度。

具体实施方式