[发明专利]一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件及制备方法

权利要求书

1.一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）将碳纤维纸两面均匀喷涂聚四氟乙烯乳液，干燥，制得预处理的碳纤维纸；

（2）先将多孔纳米催化剂、氯化锌、分散剂加入水中，在室温下超声分散30~45min，然后缓慢加入沉淀剂，并调节pH值为8~9，混合搅拌均匀，使得氯化锌在多孔纳米催化剂的微孔中形成前驱物，得到浆状物；

（3）先在步骤（2）得到的浆状物中加入Nafion溶液、碳材料，在300~500r/min的速率下搅拌均匀得到涂布液，然后均匀涂布于步骤（1）制得的预处理的碳纤维纸一侧，并在80~100℃处理10~15min，使得预固化稳定，接着转入水热反应装置中，在150~200℃水热反应1~3h，逐步形成氧化锌晶须，使多孔纳米催化剂沿氧化锌晶须方向排列，反应结束后洗涤、干燥，制得表面形成催化层的碳纤维纸；

（4）先将质子交换膜表面均匀喷涂Nafion溶液，然后将步骤（3）制得的表面形成催化层的碳纤维纸与质子交换膜热压贴合，形成由下向上依次为碳纤维纸层、催化层、质子交换膜的燃料电池膜电极，即为生长晶须形成的燃料电池膜电极组件。

2.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述碳纤维纸的厚度为0.2~0.3mm，孔隙率大于70%。

3.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述多孔纳米催化剂为粒径为10~100nm的具有微孔的Pt/C催化剂微粒，所述分散剂为碳酸铵、碳酸氢铵中的至少一种，所述沉淀剂为氢氧化钠、氨水中的一种。

4.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（2）中：多孔纳米催化剂30~35重量份、氯化锌12~16重量份、分散剂1~3重量份、水40~54重量份、沉淀剂3~6重量份。

5.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述Nafion溶液的质量浓度为5~10%，所述碳材料为微孔乙炔黑碳粉、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（3）中：浆状物50~65重量份、Nafion溶液20~30重量份、碳材料15~20重量份。

7.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述涂布为刮涂或超声喷涂，涂布厚度为50~500μm。

8.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述质子交换膜为全氟磺酸型质子交换膜，为常用的Du Pont公司提供的Nafion系列膜，具体为Nafion 117、Nafion 115、Nafion 112、Nafion 1135、Nafion105 中的一种，所述Nafion溶液的质量浓度为5~10%。

9.根据权利要求1所述一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述热压贴合的温度为120~130℃，压力为8~10MPa，保压时间为60~70s。

10.权利要求1~8任一项所述方法制备得到的一种生长晶须形成的燃料电池膜电极组件。