[发明专利]直接喷涂制备燃料电池膜电极的方法

摘要

本发明公开了一种直接喷涂制备燃料电池膜电极的方法，旨在提供一种制备电极平整、催化剂层均匀、不发生溶胀变形、电极输出能量密度高的膜电极的方法。所述方法包括将质子交换膜预处理后，固定于一个膜固定装置中，然后在光照下将阴、阳极催化剂浆料直接喷涂在质子交换膜的两面，经过低温真空干燥而制得。本发明制得的膜电极具有催化剂与质子交换膜结合紧密、膜电极平整、喷涂形成的催化剂层厚度均匀、直接使用H型膜、无须对膜进行预溶胀或者Na⁺交换处理、无须热压等重要优点。本发明的方法适用于质子交换膜燃料电池的膜电极的制备领域。

主权项

1.一种直接喷涂制备燃料电池膜电极的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)质子交换膜预处理：将质子交换膜置于浓度为3～5％重量的双氧水溶液中，在70～100℃的恒温下处理1～2小时后，用二次蒸馏水将其清洗干净，再将其在70～90℃的恒温下置于0.5mol/L的硫酸溶液中进行处理，然后用二次蒸馏水将其洗涤干净后用膜固定装置固定，并在真空下60℃中干燥2～5小时；(2)制备阴极催化剂浆料：将Pt/C催化剂加入到浓度为％重量的全氟磺酸树脂溶液(Nafion溶液)中，再加入二次蒸馏水和异丙醇，或者加入聚四氟乙烯乳液(Telfon乳液)和异丙醇，然后在超声波中分散15～30分钟制得阴极催化剂浆料；(3)制备阳极催化剂浆料：将Pt/C、PtRu/C或Pt/CNT催化剂加入到浓度为5％重量的全氟磺酸树脂溶液(Nafion溶液)中，再加入二次蒸馏水和异丙醇，或者加入聚四氟乙烯乳液(Telfon乳液)和异丙醇，然后在超声波中分散15～30分钟制得阳极催化剂浆料；(4)制备膜电极(MEA)：在光照条件下，用喷枪将步骤(2)制备的阴极催化剂浆料喷涂到经步骤(1)处理的质子交换膜的一面，喷涂完成后，用同样的方法将步骤(3)制备的阳极催化剂浆料喷涂到所述质子交换膜的另一面，得到涂布有催化剂的膜(catalyst coated membrane，简称CCM)，将膜电极集合体在真空下60℃中干燥30分钟后，在90℃干燥1分钟；步骤(2)中所述Pt/C催化剂与Nafion溶液用量的重量之比为3～1∶1～3，二次蒸馏水或者Telfon乳液与异丙醇的用量体积之比为1∶20～100；步骤(3)中所述Pt/CNT催化剂与Nafion溶液用量的重量之比为3～1∶1～3，二次蒸馏水或者Telfon乳液与异丙醇的用量体积之比为1∶20～100。