[发明专利]一种立体化的燃料电池催化层电极及其制备方法

摘要

本发明公开一种立体化的燃料电池催化层电极及其制备方法，该燃料电池催化层电极由催化剂材料、填充物材料、离子导体溶液与溶液加工制成；所述催化剂材料为碳载铂催化剂或碳载铂合金催化剂；所述填充物材料为多壁碳纳米管、VGCF‑X与VGCF‑H中的一种或至少两种的混合物；所述的离子导体溶液为全氟磺酸离聚物树脂溶液，所述溶剂为乙醇、异丙醇与正丙醇中的一种或至少两种的混合物。本发明是在传统催化层浆料中加入立体化填充物材料，如碳纳米管或碳纳米纤维材料，通过将该填充物材料与碳载催化剂的混合，使其在催化层内部形成立体化空间，降低电极内部的传质阻力，改善催化层在高电流密度下的传质特性，进而大幅提高燃料电池电极的输出性能和稳定性。

主权项

1.一种立体化的燃料电池催化层电极，其特征在于，该燃料电池催化层电极由催化剂材料、填充物材料、离子导体溶液与溶液加工制成，所述催化层电极厚度为6‑50μm；所述催化剂材料为碳载铂催化剂或碳载铂合金催化剂，具体为PtCo/C、PtNi/C、PtFe/C、PtCoCe/C、Pt/Cu/C中的一种，所述催化剂材料的催化剂担载量为0.05～0.5mg/cm2；所述填充物材料为多壁碳纳米管、VGCF‑X与VGCF‑H中的一种或至少两种的混合物，其中催化剂材料与该填充物的的质量之比为5/4～45/1；所述的离子导体溶液为全氟磺酸离聚物树脂溶液，具体为D520、D2020、D79、SS700C、SS900C中的一种，离子导体与催化剂材料的质量比为0.2～2.0；所述溶剂为乙醇、异丙醇与正丙醇中的一种或至少两种的混合物，所述溶剂占预制催化剂浆料的质量分数为60～96wt.％；该立体化的燃料电池催化层电极的制备工艺包括如下步骤：步骤一：称取催化剂材料、填充物材料与离子导体溶液，分别加入到溶剂中，均匀分散后制得预制催化剂浆料；步骤二：将预制催化剂浆料，均匀涂覆在气体扩散层或质子交换膜上，或均匀涂覆在基底材料上；步骤三：若将预制催化剂浆料涂覆在气体扩散层或质子交换膜上，通过干燥处理在气体扩散层或质子交换膜上形成催化层，制得立体化的催化层电极；若将预制催化剂浆料涂覆在基底材料上，通过热转印的方法将预制催化剂浆料涂层转印到质子交换膜上，再通过干燥处理在气体扩散层或质子交换膜上形成催化层，制得立体化的催化层电极。