[发明专利]直接甲醇燃料电池阴极双层催化层及其制备工艺和直接甲醇燃料电池膜电极

权利要求书

1.一种直接甲醇燃料电池阴极双层催化层，其特征在于，所述阴极双层催化层包括包含Pt/C催化剂的Pt/C催化层和包含Pt/CeO₂-C催化剂的Pt/CeO₂-C催化层，所述Pt/CeO₂-C催化层贴近质子交换膜的阴极，所述Pt/C催化层贴近气体扩散层。

2.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层，其特征在于，所述Pt/C催化层包括Pt/C催化剂和全氟磺酸树脂，金属载量为1.75～2.25 mg/cm²，全氟磺酸树脂的含量为15～35 wt.%。

3.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层，其特征在于，所述Pt/CeO₂-C催化层包括Pt/CeO₂-C催化剂和全氟磺酸树脂，金属载量为0.25～0.75 mg/cm²，全氟磺酸树脂的含量为15～35 wt.%。

4.根据权利要求1-3任一所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层，其特征在于，所述气体扩散层为经过PTFE乳液处理的碳纸，碳纸的基底层的PTFE含量为20~35 wt.%，微孔层由碳粉和PTFE超声分散均匀的喷涂在基底层上，微孔层的PTFE含量为20~35 wt.%，碳粉载量为0.5~2 mg/cm²。

5.一种如权利要求4所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.取CeO₂纳米粒子与碳粉按照质量比作为催化剂载体，加入氯铂酸-乙二醇溶液，采用微波辅助多元醇方法来制得Pt/CeO₂-C催化剂，取Pt/CeO₂-C催化剂，用少量超纯水洇湿Pt/CeO₂-C催化剂后，加入全氟磺酸树脂溶液和异丙醇溶液，将混合物搅拌后进行超声分散处理，形成均匀分散的墨水状浆料A待用；

b.取Pt/C催化，用少量的超纯水洇湿Pt/C催化剂后，加入全氟磺酸树脂溶液和异丙醇溶液，将混合物搅拌后进行超声波分散处理，形成均匀分散的墨水状浆料B待用；

c.将气体扩散层上放置超声喷涂机真空吸附台上，然后将浆料B均匀喷涂到气体扩散层表面上，经干燥处理后，形成Pt/C催化层；

d.将浆料A均匀喷涂到上述Pt/C催化层上，再进行干燥处理后，即形成Pt/CeO₂-C催化层，从而制得双层阴极催化层；

f．将阳极催化层和双层阴极催化层放置在已处理的Nafion117膜的两侧，放入油压机中热压制成膜电极，将膜电极装配成单体电池进行测试。

6.根据权利要求5所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层的制备工艺，其特征在于，所述步骤a中CeO₂纳米粒子与碳粉作为载体时，CeO₂的含量为15 wt.%～30 wt.%，Pt/CeO₂-C催化剂和Pt/C催化剂的金属含量均为20 wt.%～60 wt.%。

7.根据权利要求6所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层的制备工艺，其特征在于，所述步骤a中的CeO₂纳米粒子的制备过程如下：取定量的硝酸铈溶解于超纯水，通过加入稀氨水调节溶液pH为10，然后80℃条件下恒温水浴搅拌3h后，静置陈化4后，经大量超纯水洗涤至滤液pH呈中性，抽滤后放置在80℃条件下真空干燥5h，将干燥后的黄色粉末进行研磨后，再经450℃高温煅烧1h后，得到淡黄色粉末。

8.根据权利要求5所述的直接甲醇燃料电池阴极双层催化层的制备工艺，其特征在于，所述步骤a和步骤b中的全氟磺酸树脂溶液为质量分数为5 wt.%~20 wt.%的Nafion溶液。