[发明专利]一种改善质子交换膜燃料电池催化层微观结构的处理方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种改善质子交换膜燃料电池催化层微观结构的处理方法。本发明改善质子交换膜燃料电池催化层微观结构的处理方法，包括对三合一膜电极进行加压处理，所述加压处理的参数为：压力0.1‑1000kg/cm²，温度为25‑300℃，处理时间为0.1s‑10h。本发明对三合一膜电极进行加压处理，加压处理使得CCM断面的表面平整，空隙较少，结构清晰，有效改善了催化剂催化层膜电极的微观结构，使催化层内部质子电子传输网格化，从而提高催化剂利用率，减少催化剂用量，降低燃料电池成本，并且能够延长燃料电池膜电极寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种改善质子交换膜燃料电池催化层微观结构的处理方法。

背景技术

随着燃料电池技术的发展，成本与寿命成为其商业化的关键因素。作为燃料电池的关键性材料之一，催化层的作用举足轻重，其催化剂利用率、性能、稳定性和寿命直接决定了电池的性能、耐久性和成本。

燃料电池如质子交换膜类燃料电池（PEMFCs）的催化层（catalyst layer）目前主要方法是将催化剂涂覆在质子交换膜的两侧，涂覆的方法有喷涂、刮涂、丝网印刷、狭缝涂布等方式。涂覆及烘干后，形成三合一膜电极（CCM，catalyst coated membrane），在CCM的两侧贴上气体扩散层（GDL，gas diffusion layer），形成五合一膜电极（MEA, membraneelectrode assembly）。

由于贵金属资源有限，价格昂贵，需要提高贵金属的利用效率，无疑是推动低温燃料电池发展所必需的。如何有效地提高贵金属在催化层里的利用率，也是催化层制备方面所急需解决的迫切问题。现有制备催化层存在如下缺点：无论采用何种涂覆方法，催化剂是随机堆积在质子交换膜上，催化层里的质子交换树脂也是随机堆积的，由于堆积的随机性，里面有许多树脂没有联通、没有网络化或催化剂没有联通、没有网络化，导致质子电子传输受阻而达不到催化剂表面，即在催化层微观结构内部-三相界面-没有发生电化学反应；这样影响整个催化层内部催化剂的利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种改善质子交换膜燃料电池催化层微观结构的处理方法。本发明用加压处理涂覆烘干的催化层，可有效改善催化层内部微观结构，使催化层内部质子电子传输网格化，提高催化剂利用率性，减少催化剂用量，降低燃料电池成本，并且延长燃料电池膜电极寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种改善质子交换膜燃料电池催化层微观结构的处理方法，包括对三合一膜电极进行加压处理，所述加压处理的参数为：压力0.1-1000kg/cm²，温度为25-300℃，处理时间为0.1s-10h。

进一步地，所述加压处理采用冷压处理和/或热压处理。

进一步地，所述加压处理采用滚压和/或平板加压。

进一步地，所述加压处理采用连续式处理或间歇式处理。

进一步地，所述加压处理方式是一次或多次。

进一步地，所述加压处理的三合一膜电极包括质子交换膜及其上涂覆的催化剂层，所述催化剂层为单面或双面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明对三合一膜电极进行加压处理，加压处理使得CCM断面的表面平整，空隙较少，结构清晰，有效改善了催化剂催化层膜电极的微观结构，使催化层内部质子电子传输网格化，从而提高催化剂利用率，减少催化剂用量，降低燃料电池成本，并且能够延长燃料电池膜电极寿命。

附图说明

图1是本发明实施例1中两块CCM制成的MEA的性能比较。

图2是本发明实施例2中两块CCM制成的MEA的性能比较。