[发明专利]一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法

权利要求书

1.一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，采用静电纺丝法，以中空多孔金属支撑微管作为接收滚轮，依次电纺纤维化的阳极催化层、质子交换聚合物纤维层，经热压形成致密的质子交换聚合物纤维层后，再继续电纺纤维化的阴极催化层和憎水层，制备电纺中空纤维式质子交换膜电极；然后均在中空多孔金属支撑微管和憎水层上配置集流导体和电极引线，封装后制备电纺中空纤维式质子交换膜燃料电池；

所述的中空纤维式是指中空多孔金属支撑微管的外直径不大于1mm，管壁孔径为5-400μm；

所述的电纺纤维化的阳极催化层和阴极催化层，是指催化剂、质子导体聚合物、憎水聚合物粘结剂按照重量比为10-150:1-15:0.1-1.5的范围配制成纺丝浆料，分别电纺在中空多孔金属支撑微管和质子交换聚合物纤维层外表面，形成厚度为5-20μm的催化剂纤维层；

所述的质子交换聚合物纤维层，是指将质量分数为5-30％的质子导体聚合物纺丝液，电纺在阳极催化层外表面，形成质子交换聚合物纤维层，然后在1-5MPa、100-170℃下热压形成厚度为5-30μm的致密质子交换聚合物纤维层；

所述的电纺纤维化的憎水层，是指碳纳米管、碳粉、憎水聚合物粘结剂按照重量比为1-10:10-100:1-10的范围配置成纺丝浆料，电纺在阴极催化层外表面，形成厚度为10-50μm的憎水层；

所述的配置集流导体和电极引线，是指在中空多孔金属支撑微管和憎水层分别焊接、缠绕或印刷集流导体，并引出电极引线；

所述的电纺中空纤维式质子交换膜燃料电池，是指将电纺中空纤维式质子交换膜电极直接封装成单电池，或者经串、并联组合后封装成燃料电池组。

2.根据权利要求1所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的静电纺丝参数如下：高压静电场12-40kV，纺丝头到接收滚轮的间距为5-15cm，滚轮转速为50-500rpm，微量注射泵的推速为0.1-1.5ml/h。

3.权利要求1或2所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的中空多孔金属支撑微管可以采用多孔镍、钛、不锈钢或镍、钛、不锈钢质的金属网。

4.权利要求1或2所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的催化剂为Pt/C、PtRu/C或Pd/C；质子导体聚合物为具有磺酸基团的聚合物，离子交换容量为0.5-2.0mmol/g；憎水聚合物粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

5.权利要求3所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的催化剂为Pt/C、PtRu/C或Pd/C；质子导体聚合物为具有磺酸基团的聚合物，离子交换容量为0.5-2.0mmol/g；憎水聚合物粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

6.权利要求4所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的具有磺酸基团的聚合物为Nafion/聚偏氟乙烯或磺化非氟聚合物。

7.权利要求5所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的具有磺酸基团的聚合物为Nafion/聚偏氟乙烯或磺化非氟聚合物。

8.根据权利要求1、2、5、6或7所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的印刷集流导体是指通过丝网印刷工艺将金属浆料制成集流导体；所述的封装是指采用耐水粘合剂浇铸密封，形成阴、阳极燃料气体的进、出口。

9.根据权利要求8所述的一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法，其特征在于，所述的金属浆料的材质为铜、银或钛；所述的耐水粘合剂为环氧树脂或硅酮类。