[发明专利]用于燃料电池的高分子复合扩散层、膜电极组件及其制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池的高分子复合扩散层，其特征在于，由碳纸基底、形成于所述碳纸基底上的炭黑微孔层，以及形成于所述炭黑微孔层上的导电聚合物复合微孔层组成；其中，所述炭黑微孔层是由包括炭黑、Nafion溶液在内的组分组成的浆料喷涂于所述碳纸基底上，于保护气氛下经烧结后得到的，烧结的温度为250～380°C，烧结的时间为30～60min；所述导电聚合物复合微孔层是在所述炭黑微孔层的表面原位电沉积生长导电聚合物层后，于保护气氛下经烧结后得到的，所述导电聚合物为聚吡咯或聚苯胺，所述导电聚合物层的厚度为10～20μm，烧结的温度为350～400°C，烧结的时间为30～60min；其中，原位生长导电聚合物层的电沉积溶液中还添加有掺杂电解质，所述掺杂电解质包括草酸、氟硼酸钠、对甲苯磺酸钠中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的高分子复合扩散层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1 .将炭黑与Nafion溶液混合，并制成浆料，将所述浆料喷涂于碳纸基底上，烘干后在保护气氛下进行烧结，从而在碳纸基底上形成炭黑微孔层；所述烧结的温度为250～380°C，烧结的时间为30～60min；

S2.采用三电极体系，以含有导电聚合物单体的溶液作为电沉积溶液，所述电沉积溶液中还添加有掺杂电解质，所述掺杂电解质包括草酸、氟硼酸钠、对甲苯磺酸钠中的一种或多种；以经步骤S1处理的碳纸基底作为工作电极，通过循环伏安法在炭黑微孔层表面电沉积导电聚合物层，在烧结的过程中，控制扫描次数以使沉积的导电聚合物层的厚度为10～20μm；然后将沉积有导电聚合物层的碳纸基底清洗、烘干后，于保护气氛下进行烧结，在炭黑微孔层表面形成导电聚合物复合微孔层，即得到所述用于燃料电池的高分子复合扩散层；所述烧结的温度为350～400°C，烧结的时间为30～60min。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池的高分子复合扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，喷涂浆料后，保证碳纸基底上炭黑的载量为2～3mg/cm²。

4.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池的高分子复合扩散层的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述电沉积溶液在配制的过程中，持续通入氮气以除氧。

5.一种膜电极组件，其特征在于，所述膜电极组件是将阳极和阴极正对放置于质子交换膜的两侧，再通过压制形成的；其中，所述阳极和阴极均包括权利要求1所述的高分子复合扩散层以及负载于导电聚合物复合微孔层上的催化剂层，且所述催化剂层与质子交换膜相接触。

6.根据权利要求5所述的膜电极组件，其特征在于，所述催化剂层的催化剂载量为0.5mg～2mg/cm²。