[发明专利]直接甲醇燃料电池用三维网络结构膜电极的制备方法

摘要

本发明公开了一种直接甲醇燃料电池用膜电极的制备方法，属于直接甲醇燃料电池高效膜电极组件结构和制造技术领域。采用控温超声喷涂工艺制备膜电极中的催化层，以实现催化层的三维网络结构，增加催化剂暴露于三相界面的活性位点数量，为气液传输提供通道，再以憎水处理的碳布为扩散层、Nafion膜为质子交换膜、Pt黑和PtRu黑为催化剂、丙醇为分散剂、Nafion溶液为催化层中粘结剂、PTFE膜或锡纸为转移介质，将催化层从转移介质转压到质子交换膜两侧，最后将扩散层热压到上面，形成的层状结合体即为膜电极。通过该方法制备的膜电极拥有三维网络结构，孔隙分布均匀，孔径集中，催化层活性面积明显增大，电池的输出功率密度显著提高。

主权项

直接甲醇燃料电池用三维网络结构膜电极的制备方法，其特征在于包括如下过程：1）催化剂浆料的制备：选择PtRu Black催化剂做为阳极催化剂， Pt Black催化剂做为阴极催化剂，采用5 wt %Nafion 溶液做粘结剂，丙醇作分散剂，分别混合配制阳极和阴极催化剂浆料，其中，阴、阳极催化剂载量均为1‑4mg/cm2 ；然后冰浴超声分散均匀；整个过程从称量催化剂、浆料配制、超声均匀都在惰性气体氛围中进行；2）催化层的制备：在惰性气体氛围中，将附有转移介质的平板加热器升温并控制到恒定温度，将催化剂浆料以惰性气体为动力源超声喷涂到转移介质上，自然晾干；3）控温加热立体化：将载有催化层的转移介质CCM加热到恒定温度，采用惰性气体动力源在催化层靠近质子交换膜的一侧超声喷涂一层粘结剂溶液；4）热压成型：制备疏水性碳布，将载有阴阳极层的转移介质置于处理过的电解质膜两侧，在6‑12MPa压力、135‑150℃下热压2分钟，揭掉转移介质后得到催化剂和膜复合体CCM，将疏水处理过的碳布置于CCM两侧，装电池。