[发明专利]一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法

摘要

本发明提供了一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，涉及质子交换膜燃料电池领域，本发明通过在阴极催化层和阳极催化层中添加适量的共价有机框架材料，使质子交换膜燃料电池的膜电极有了一定的自增湿能力，使得燃料电池在低湿度条件下可以稳定运行；同时，由于膜电极有了一定的自增湿能力，电池内部的质子转移效率也有明显的提升，电池的电流密度和功率密度也得到了一定的提升。

主权项

1.一种能够改善质子交换膜燃料电池低湿度运行性能的膜电极制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：S1：先将未处理的碳纸或者碳布浸泡于丙酮中，加热煮沸20min，然后再将其浸泡于溶有憎水性物质的分散液中，静置30min后取出并干燥，再在360℃温度的马弗炉中烧结45min，将碳粉分散于有机溶剂和憎水性物质的混合液中，喷涂在含有憎水层的碳纸或者碳布上，于360℃马弗炉中干燥45min，取出冷却称量计算，得到憎水性物质含量为10‑35wt.%，碳粉载量为1.0‑5.0mg/cm²的疏水性气体扩散层；S2：将催化剂、共价有机框架材料、全氟磺酸聚合物、有机分散剂按照质量比3～6：2～5：1～4：200～1000超声分散成均匀的催化剂浆料，均匀地负载于步骤S1中获得的气体扩散层上，干燥后形成带有阴极催化层的电极整体、及带有阳极催化层的电极整体；S3：将步骤S2中所制备的带有阴极催化层的电极整体、及带有阳极催化层的电极整体在100‑170℃的马弗炉中进行干燥5‑8小时；S4：将质子交换膜在质量百分数为2～6wt.%的H₂O₂溶液中热处理1‑2小时，再置于浓度为0.5～1.5mol/L 的H₂SO₄溶液中热处理1～2小时，然后保存于去离子水中；S5：将步骤S3所得的两片电极整体分别置于步骤S4中经处理过的质子交换膜的两侧，使用热压机在热压模具中，120℃温度环境中热压5分钟，形成三合一的膜电极。