[发明专利]一种用于质子交换膜燃料电池的梯度化膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池梯度化膜电极，所述膜电极包括中间的质子交换膜和分别位于膜两侧的阳极催化剂层、阴极催化剂层，其特征在于，

所述阴极催化剂层具有N层结构，N≥2，N取整数；

所述N层结构中，贵金属担载量由膜内侧向外侧逐级递减。

2.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述N＝3。

3.根据权利要求2所述的膜电极，其特征在于，所述阴极催化剂层中，与质子交换膜相邻的一层为第一层催化剂，依次向外分别为第二层催化剂和第三层催化剂；

所述第一层催化剂贵金属总载量占整体载量的40～80wt％；

所述第二层催化剂贵金属总载量占整体载量的10～20wt％；

所述第三层催化剂贵金属总载量占整体的载量10～20wt％；

所述阴极催化剂层中，贵金属的总担载量为0.01～90wt％。

4.根据权利要求3所述的膜电极，其特征在于，所述第一层催化剂、第二层催化剂、第三层催化剂中贵金属载量分别为0.05～0.4mg_Pt/cm^-2、0.05～0.1mg_Pt/cm^-2、0.01～0.05mg_Pt/cm^-2；

所述第一层催化剂贵金属总载量占整体载量的70～80wt％；

所述第三层催化剂贵金属总载量占整体的载量5～10wt％。

5.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述贵金属为一种金属或多种金属形成的合金；所述贵金属以纳米颗粒的形式存在。

6.根据权利要求5所述的膜电极，其特征在于，所述贵金属为Pt或PtM，所述M为除铂以外的其他贵金属中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述阳极催化剂层为单一催化剂层。

8.一种权利要求1～7任一所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)称取相同贵金属担载量的负载型催化剂，与树脂溶液、分散液、水进行混合，得到阳极催化剂浆液，然后在25～90℃下，超声分散0.1～2h；

(2)称取不同贵金属担载量的负载型催化剂，分别与树脂溶液、分散剂和水混合，得到不同浓度的阴极催化剂浆液，在25～90℃下，超声分散0.1～2h；

(3)将阳极催化剂浆液和不同浓度的阴极催化剂浆液分别制备于质子交换膜的两侧，制备温度为25～90℃，其中，阴极催化剂浆液按照贵金属担载量依次递减的顺序进行制备；

(4)将步骤(3)制备有阴阳极催化剂浆液的质子交换膜进行热压处理，得到所述膜电极；

所述步骤(1)和步骤(2)不分先后顺序。

9.根据权利要求7所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述阴极或阳极催化剂浆液的浓度为0～10mg/ml；所述树脂溶液与分散液体积比为0.01～10；所述树脂溶液的体积分数为0.01～50wt％；所述分散液与水的体积比为20～0.1；

所述的分散液为异丙醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲醇中一种或两种以上的混合物；

所述热压操作温度范围在25～200℃；所述热压操作设置压力为0～1.6MPa。

10.一种权利要求1～6任一所述的膜电极在质子交换膜燃料电池中的应用。