[发明专利]气体扩散电极

权利要求书

1、一种多孔气体扩散电极，其包括：

(a)导电性多孔电极体，

(b)与所述电极体电性接触的催化剂层，该催化剂层包括(ⅰ)分散在碳载体表面上的催化剂；(ⅱ)非水溶性磺化聚苯乙烯、磺化聚(α-甲基苯乙烯)或者磺化苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物；以及(ⅲ)非离子性氟碳聚合物。

2、如权利要求1所述的电极，其中，所述磺化聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)或者磺化苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物具有0.04S/cm或更大的导电率。

3、如权利要求1所述的电极，其中，所述磺化聚苯乙烯是分子量为30000-1000000的10-60mol％磺化的聚苯乙烯。

4、如权利要求3所述的电极，其中，所述磺化聚苯乙烯的磺化度为25-45mol％。

5、如权利要求1所述的电极，其中，所述非离子性氟碳聚合物选自于：聚(四氟乙烯)、聚(1,1-二氟乙烯)、聚(四氟乙烯-六氟丙烯)、聚(六氟氧化丙烯)、和聚(四氟乙烯-六氟氧化丙烯)。

6、如权利要求1所述的电极，其中，所述分散在碳载体表面上的催化剂选自于：铂、钯、以及铂和钯与第Ⅷ组金属的二元和三元混合物以及合金。

7、如权利要求6所述的电极，其中，所述催化剂选自于：Pt、Pd、Pt-Ru、Pt-Co-Cr。

8、如权利要求1所述的电极，其中，

(a)所述多孔电极体包括多孔碳纤维片材，该片材具有疏水性粘合剂，其孔隙率为30-70％，而且

(b)所述催化剂层包括(ⅰ)分散在颗粒状碳载体表面上的铂或钯金属催化剂，该催化剂为碳载体重量的5-30％；(ⅱ)分子量为200000-400000、磺化率为25-40 mol％的磺化聚苯乙烯；以及(ⅲ)占催化剂层总重量15-30％的颗粒状聚(四氟乙烯)，其粒径为50-500μm。

9、一种燃料电池，其包括：

(a)气体燃料入口；

(b)含氧气体入口；

(c)反应产物出口；

(d)与所述气体燃料入口相邻的第一气体扩散电极；

(e)与所述含氧气体入口及所述反应产物出口相邻的第二气体扩散电极；和

(f)在所述第一和第二电极之间并与它们相接触的质子传导聚合物膜；

所述第一和第二气体扩散电极各包括与催化剂层电性接触的导电性多孔电极体，所述催化剂层包括(ⅰ)分散在颗粒状碳载体表面上的催化剂；(ⅱ)磺化聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)或者苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物；以及(ⅲ)颗粒状非离子性氟碳聚合物。

10、如权利要求9所述的燃料电池，其中，所述质子传导聚合物膜包括苯乙烯-烯烃嵌段共聚物，苯乙烯组分的磺化度至少为25mol％。

11、如权利要求10所述的燃料电池，其中，所述质子传导膜是磺化苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯嵌段共聚物。

12、如权利要求9所述的燃料电池，其中，所述催化剂层包括(ⅰ)分散在颗粒状碳载体表面上的铂或钯催化剂；(ⅱ)分子量为200000-400000、磺化率为25-40mol％的磺化聚苯乙烯；以及(ⅲ)占催化剂层总重量15-30％的颗粒状聚(四氟乙烯)，其粒径为0.05-500μm。

13、一种制备多孔气体扩散电极的方法，其包括：

(a)将40-80份已涂敷催化剂的碳颗粒和5-20份颗粒状聚(四氟乙烯)在1200份水中的悬浮液涂敷在颗粒状碳纸上，该碳纸具有疏水性粘合剂，其孔隙率为30-70％，以提供涂敷催化剂的碳载体；

(b)在125-大于250℃的高温下，于惰性气体中加热所述已涂敷催化剂的碳载体；

(c)在惰性气体中将所述已涂敷催化剂的碳载体冷却至低于125℃；

(d)涂敷5重量％的磺化聚苯乙烯在溶剂中的溶液，所述溶剂的沸点低于125℃；然后

(e)干燥所述已涂敷催化剂的碳载体，直至残留低于10％的所述溶剂，而且所述已涂敷催化剂的碳载体包含0.2-2.0mg/cm²的所述磺化聚苯乙烯。

14、一种制造燃料电池单元的方法，其包括：

(a)如权利要求13所述制备两个气体扩散电极；

(b)提供包括苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)的质子传导聚合物膜，其中苯乙烯组分的磺化度至少为25mol％；然后

(c)将所述两个电极层压在所述膜的相反表面上，其方法是在足以在膜的两个表面上产生机械稳定连接的温度和压力下加热一段时间。