[发明专利]一种燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池膜电极，所述膜电极包括质子交换膜、分别涂敷在质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层、覆盖在所述阴极催化层和阳极催化层外侧的扩散层，其特征在于，所述阴极催化层和阳极催化层由催化剂、质子导体聚合物、溶剂以及调节物制备得到；

且当所述催化剂的载体为疏水性载体时，所述调节物为亲水调节物，当所述催化剂的载体为亲水性载体时，所述调节物为疏水调节物；其中，所述亲水调节物为CeO₂或者碳载CeO₂中的一种，所述碳载CeO₂中CeO₂的质量分数为3％～20％；所述疏水调节物包括石墨粉或石墨粉/PTFE复合粉，所述石墨粉/PTFE复合粉中石墨粉的质量分数为3％～20％。

2.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述CeO₂通过如下步骤制备得到：

将硝酸铈和柠檬酸混合并加水研磨，得到混合浆料，然后加入水充分溶解，然后依次进行烘干、焙烧，即得所述CeO₂。

3.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述碳载CeO₂通过如下步骤制备得到：

将硝酸铈、乙醇和碳粉混合，经超声分散后进行搅拌，并在搅拌过程中滴加碳酸钠，然后依次进行抽滤、洗涤、干燥、研磨、焙烧，即得所述碳载CeO₂。

4.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述石墨粉/PTFE复合粉通过如下步骤制备得到：

将碳粉、乙醇混合，经超声分散后加入PTFE溶液，搅拌均匀后加热蒸干，然后烘干，既得所述石墨粉/PTFE复合粉。

5.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述催化剂为碳载铂催化剂，其中，催化剂中的铂的质量分数为20％-70％；所述调节物与催化剂中铂的质量比为1:(1-20)。

6.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述质子导体聚合物为5％-20％的Nafion溶液；

所述溶剂为有机溶剂和水的混合物，其中，所述有机溶剂包括乙醇、正丙醇、异丙醇的一种或多种，所述有机溶剂和水的质量比为(1-5):1。

7.一种如权利要求1～6任一所述膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将催化剂、质子导体聚合物和溶剂、调节物混合并分散均匀，形成催化剂墨水；

(2)采用喷涂法在质子交换膜的两侧分别喷涂阳极催化剂墨水和阴极催化剂墨水，形成阴极催化层和阳极催化层；

(3)通过热压在阴极催化层和阳极催化层外侧覆盖扩散层，得到所述膜电极。

8.如权利要求7所述的膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散依次采用超声分散、高速均质和磁力搅拌；其中，超声分散时间为10-30min，超声频率为20-40KHz；所述高速均质分散时间为10-30min，转速为5000-10000rpm， 磁力搅拌时间为10-30min；

步骤(2)中，所述喷涂法的工艺参数如下：喷涂流量6～15mL/min，吸盘加热温度80～130℃，喷头高度距离吸盘高度为20～40cm；

步骤(3)中，所述热压温度为120～200℃，热压时间为10～300s，热压压力为0.2～5MPa。