[发明专利]一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

摘要

本发明涉及碱性阴离子交换膜燃料电池，具体地说是一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。制备的膜电极结构依次包括阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层。本发明通过在催化层中添加交联的阴离子交换树脂，选择具有良好分散能力的低沸点有机溶剂，并通过膜的修饰等步骤，使碱性阴离子交换膜燃料电池的性能得到了大幅提高。

主权项

一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，该膜电极的结构包括依次叠合的阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层；所述膜电极中阴离子交换膜由多孔基膜和交联的阴离子交换树脂组成；催化层由电催化剂和交联的阴离子交换树脂组成，阴离子交换膜与催化层通过阴离子交换树脂间相互交联形成结合紧密的整体；气体扩散层为支撑层或依次叠合的支撑层和微孔层；所述膜电极按如下过程获得，（1）将阴离子交换树脂分散到低沸点有机溶剂中制备成阴离子交换树脂溶液，所述树脂在溶液中的质量百分数为0.02‑2%；（2）将阴极电催化剂、阳极电催化剂分别于上述阴离子交换树脂溶液中超声分散0.1‑24小时后制成阴极催化层前驱体浆料和阳极催化层前驱体浆料；电催化剂与阴离子交换树脂的质量比为1:10‑10:1；（3）将上述阴、阳极催化层前驱体浆料采用喷涂、刮涂、刷涂或印刷的方法直接涂覆于阴离子交换膜两侧，溶剂挥发完毕即形成催化剂覆膜电极；或者，先对阴离子交换膜一侧或两侧进行修饰，即涂覆步骤（1）所述阴离子交换树脂溶液，所述树脂于膜上的担量为0.01‑1mgcm^‑2,再按上述方法制备催化剂覆膜电极；（4）阴极支撑层、阳极支撑层即为阴极导电基底、阳极导电基底；A．将导电基底浸渍到疏水剂溶液中进行疏水化处理，处理后疏水剂担载于基底的质量在5‑40%之间，再将进行疏水化处理后的导电基底于200‑360°C的氮气或氩气中焙烧0.5‑3小时；即得疏水化导电基底，可作为阴极支撑层或阳极支撑层,也可直接作为阴极气体扩散层或阳极气体扩散层；或B．将碳材料和粘结剂溶液置于乙醇或异丙醇中，超声分散0.1‑24小时，形成均匀微孔层前驱体浆料，其中碳材料与粘结剂的质量比为1:10‑10:1；将上述微孔层前驱体浆料采用喷涂、刮涂、刷涂或印刷的方法制备到导电基底或步骤（4）A制备的疏水化导电基底上，于200‑360°C的氮气或氩气中焙烧0.5‑3小时，冷却后得到带有微孔层的导电基底，可作为阴极气体扩散层或阳极气体扩散层；（5）将步骤（3）制得的催化剂覆膜电极夹在步骤（4）A或B制得的阴、阳极气体扩散层中间，于20‑150°C的温度及0.01‑2MPa的压力下热压30‑600秒，制成膜电极。