[发明专利]膜电极组件

说明书

本发明提供一种膜电极组件，包括阳极、阴极以及设置在阳极与阴极之间的聚合物电解质膜，膜电极组件还包括设置在阳极与聚合物电解质膜之间的隔离层，隔离层包含全氟烷磺酸化合物和三肽化合物。本发明还提供上述膜电极组件的制备方法。本发明通过在燃料电池阳极和聚合物电解质膜之间设置包含全氟烷磺酸化合物和三肽化合物的隔离层，可有效提高膜电极组件耐受异常电压的能力，从而提高燃料电池的可靠性。

技术领域

本发明涉及膜电极组件，具体涉及用于质子交换膜燃料电池的膜电极组件。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置，具有清洁无污染、能量转化效率高、能量密度高等优点，在交通运输、信号基站等领域具有广阔的应用前景。

质子交换膜燃料电池的核心零部件主要包括膜电极组件(MEA)和设置在MEA两侧的双极板，其中MEA由两侧装配有阳极和阴极的聚合物电解质膜组成，阳极和阴极分别包括与聚合物电解质膜接触的催化层和与极板接触的气体扩散层，极板设置有燃料流道、氧化剂流道和冷却剂流道。氢气从阳极一侧进入燃料电池，在阳极催化层中催化剂的作用下分离为质子和电子，质子穿过聚合物电解质膜到达阴极并与氧气结合，在阴极催化剂的作用下生成水；无法穿过质子交换膜的电子会通过气体扩散层、双极板流出进入外电路，产生电能。

由于单个燃料电池的输出电压较低，为了向外电路输出较大的工作电压，在实际应用中，通常将多个燃料电池堆叠串联在一起，形成可以输出较高电压的燃料电池电堆。一般来说，能够进行商业化应用的燃料电池电堆需要具有不低于5000小时的使用寿命，且能够经受足够多次数的启动和关机操作。在进行启动和关机操作时，空气容易扩散到阳极，导致电堆中单个或多个燃料电池电压快速降低甚至电压成为负值；另外，由于各种因素导致的燃料电池氢气供应不足也容易导致电池电压快速降低甚至电压成为负值。当出现这种情况时，需要停止整个电堆运行，更换或修复电压异常的电池，以防止整个电堆受损。因此，寻找耐受异常电压的膜电极组件尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够耐受异常电压的膜电极组件。

技术方案：本发明一方面提供一种膜电极组件，包括阳极、阴极以及设置在阳极与阴极之间的聚合物电解质膜，膜电极组件还包括设置在阳极与聚合物电解质膜之间的隔离层，隔离层包含全氟烷磺酸化合物和三肽化合物。

优选地，上述全氟烷磺酸化合物为全氟己烷磺酸、全氟庚烷磺酸和全氟辛烷磺酸中的一种或两种以上的混合物；三肽化合物为还原型谷光甘肽或三胜肽；进一步优选地，隔离层中全氟烷磺酸化合物的含量为20mg/cm²～40mg/cm²，三肽化合物的含量为5mg/cm²～20mg/cm²。

阳极包括阳极催化层和阳极气体扩散层，阴极包括阴极催化层和阴极气体扩散层；隔离层设置在阳极催化层与聚合物电解质膜之间。优选地，上述隔离层还包括离子聚合物、导电颗粒和氢氧化催化剂；该隔离层中的离子聚合物、导电颗粒和氢氧化催化剂可以分别与阳极催化层中的离子聚合物、导电颗粒和氢氧化催化剂的种类相同；优选地，隔离层中离子聚合物的含量为20wt％～25wt％，导电颗粒的含量为0.1～1mg/cm²，氢氧化催化剂的含量为0.1～0.3mg/cm²。上述氢氧化催化剂可采用本领域已知的氢氧化催化剂，如Pt、Ru、Pd、Au和Ir中的一种或多种。