[发明专利]用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极及制备方法

摘要

本发明公开了一种用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极及制备方法。膜电极的制备过程包括：1）对质子交换膜进行预处理；2）将碳载铂催化剂或铂钌催化剂、全氟磺酸树脂溶液、具有亲水性的有机高分子聚合物和无机氧化物在水或者低沸点溶剂中混合并超声形成催化剂浆料，采用光照直接涂膜技术将催化剂浆料喷涂在质子交换膜的一侧，制得阳极催化层；3）在该质子交换膜的另一侧喷涂不含亲水性的有机高分子聚合物和无机氧化物的浆料，得到阴极催化层；4）将双面均涂有催化剂的质子交换膜与气体扩散层压合，即制得该自增湿膜电极。由于阳极催化层既含有亲水性有机高分子聚合物又含有无机氧化物，这使得制备的自增湿膜电极在高电池温度和低湿度下表现出了优良的自增湿性能。

主权项

一种用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：其实现自增湿的方式，其制备包括如下步骤：（1）质子交换膜依次在质量浓度为5wt.%的双氧水溶液中和质量浓度为0.5mol.L‑1的硫酸溶液中进行预处理，然后用蒸馏水洗涤干净并保存在蒸馏水中备用； （2）将亲水性有机高分子聚合物溶于溶剂中，配制成质量百分浓度为1‰‑10%的有机高分子聚合物溶液；所述亲水性有机高分子聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、葡聚糖、壳聚糖或聚丙烯酰胺中的一种或一种以上；（3）将亲水性无机氧化物加入到异丙醇溶剂中，超声分散，配制成浓度为1‑50g.L‑1的无机氧化物悬浊液；所述亲水性无机氧化物为气相二氧化硅、钛白粉、介孔SiO2或分子筛；（4）将碳载铂或铂钌催化剂、全氟磺酸树脂溶液、步骤（2）中所述有机高分子聚合物溶液、步骤（3）中所述无机氧化物悬浊液、水或者易挥发性溶剂按10：2‑5：0.1‑5：0.1‑10：200‑2000的质量比混合后，经超声波震荡分散成催化剂浆料，再将该催化剂浆料喷涂在质子交换膜的一侧，铂的载量控制在0.05‑0.5mg.cm‑2之间，然后将喷涂好的质子交换膜进行热处理，即制得膜电极的阳极催化层；（5）将碳载铂催化剂、全氟磺酸树脂溶液、水或者易挥发性溶剂按10：2‑5：200‑2000的质量比混合后，经超声波震荡分散，将该催化剂浆料喷涂在经步骤（4）处理之后的质子交换膜的另一侧，铂的载量控制在0.1‑1mg.cm‑2之间，然后将喷涂好的质子交换膜进行热处理后，制得膜电极的阴极催化层；（6）将两张预先喷涂好的气体扩散层分别压合在经步骤（5）处理之后的质子交换膜的两侧，即制得膜电极。