[发明专利]一种自增湿质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

摘要

本发明公开了一种自增湿质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，膜电极由质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层和两个气体扩散层组成，阳极催化层和阴极催化层分别设置在质子交换膜上的两侧，或者分别设置在两个气体扩散层上；阳极催化层是由以下方法制得的：无机氧化物水解前驱体、有机溶剂和水混合，用酸溶液水解得到酸溶胶；催化剂、全氟磺酸树脂溶液和有机溶剂混合均匀得到催化剂浆料；催化剂浆料与酸溶胶混合，加入碱溶液，原位生成亲水性无机氧化物获得无机氧化物悬浊液，无机氧化物悬浊液喷涂于质子交换膜一侧或气体扩散层形成阳极催化层。本发明膜电极制备简单，保持水分能力明显提升，保证在无增湿的条件下燃料电池的正常运行。

主权项

1.一种自增湿质子交换膜燃料电池膜电极，它是由质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层和两个气体扩散层组成，质子交换膜夹设在两个气体扩散层之间，在质子交换膜的两侧和气体扩散层之间分别设置有阳极催化层和阴极催化层；所述的阳极催化层和阴极催化层分别设置在质子交换膜上的两侧，或者所述的阳极催化层和阴极催化层分别设置在两个气体扩散层上；其特征在于所述的阳极催化层是由以下方法制得的：将无机氧化物水解前驱体、有机溶剂和水混合，所述的无机氧化物水解前驱体、有机溶剂和水的摩尔比为1：1～100：1～8，用酸溶液调节pH至1～3水解1～48小时得到酸溶胶；将催化剂、全氟磺酸树脂溶液和有机溶剂按照1：2～5：50～100的质量比混合均匀得到催化剂浆料；将催化剂浆料与酸溶胶混合，经超声波震荡分散成悬浊液，往悬浊液中加入碱溶液调节pH至9～13，原位生成亲水性无机氧化物，获得无机氧化物悬浊液，将无机氧化物悬浊液喷涂于质子交换膜一侧或气体扩散层形成阳极催化层，其中阳极催化层铂的载量为0.1～10mg·cm‑2；所述的阴极催化层是由以下方法制得的：将无机氧化物水解前驱体、有机溶剂和水混合，所述的无机氧化物水解前驱体、有机溶剂和水的摩尔比为1：1～100：1～8，用酸溶液调节pH至1～3水解1～48小时得到酸溶胶；将催化剂、全氟磺酸树脂溶液和有机溶剂按照1：2～5：50～100的质量比混合均匀得到催化剂浆料；将催化剂浆料与酸溶胶混合，经超声波震荡分散成悬浊液，往悬浊液中加入碱溶液调节pH至9～13，原位生成亲水性无机氧化物，获得无机氧化物悬浊液，将无机氧化物悬浊液喷涂于质子交换膜一侧或气体扩散层形成阴极催化层；或者将催化剂浆料喷涂于质子交换膜另一侧或气体扩散层形成阴极催化层，其中阴极催化层铂的载量为0.1～10mg·cm‑1；所述的无机氧化物水解前驱体为正硅酸四乙酯、四氯化硅或钛酸四丁酯中的一种或多种混合；所述的催化剂为碳载铂催化剂，所述的碳载铂催化剂为铂担载量50～70％的碳载铂催化剂。