CN103872345A - 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法 - Google Patents

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杨磊
潘粉乔
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Abstract

质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，它经过如下步骤：1、无机质子交换膜的制备：a）首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；b）表面活性剂溶液的制备；c）无机质子传导粉末前驱体制备；d）无机质子交换膜制备；2、无机质子交换膜－催化层组件的制备；3、无机质子交换膜－催化层组件的密封；4、无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备：在密封好的无机质子交换膜－催化层上直接覆盖气体扩散层即得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。它提高了燃料电池膜电极上催化剂的利用效率。

Description

质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。
背景技术：
目前，燃料电池的催化剂层是通过刷涂、喷涂、印刷等各种工艺手段将催化剂浆料制备到气体扩散层或质子交换膜的表面，通过该方法形成的催化剂层是一种由很多团聚体构成的无序堆积结构，很多贵金属催化剂颗粒深埋在团聚体内部，很难起到催化作用，因此，这种无序堆积结构会造成局部质子传导、电子传导或气体传导的死区、使得催化剂的利用效率低。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，它提高了燃料电池膜电极上催化剂的利用效率。
本发明的技术解决措施如下：
质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，
1）、无机质子交换膜的制备：
ａ）、首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液：先将杂多酸加入到水和乙醇的混合溶剂中，其中按重量计水∶乙醇=1∶3～10，杂多酸与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶16～300，搅拌15～30分钟，然后按重量计无机氧化物前驱体混合溶液∶杂多酸=10∶1～2加入杂多酸，继续搅拌15～30分钟，形成杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；
ｂ）、表面活性剂溶液的制备：按重量计杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液∶表面活性剂=3∶1，将表面活性剂加入杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，表面活性剂与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶30～64，搅拌15～30分钟，制成表面活性剂溶液；
ｃ）、无机质子传导粉末前驱体制备：将步骤ｂ）制备的表面活性剂溶液缓慢加入至步骤ａ）制备的杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，室温下搅拌1～2小时，制得无机质子传导粉末前驱体；
ｄ）、无机质子交换膜制备：将步骤ｃ）制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，在干燥箱中35℃～45℃下热处理7～10天，然后在温度350℃～400℃下高温煅烧1～2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末，按重量比无机质子传导粉末∶热塑性树脂粘结剂=1∶1～3将热塑性树脂粘结剂和无机质子传导粉末充分混合搅拌均均后再热压制备成无机质子交换膜；
2）、无机质子交换膜－催化层组件的制备：将催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料混合均匀得混合物，在混合物中，催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料所占重量百分比为：催化剂10～50％、无机质子传导粉末10～40％、电子传导材料10～30％、热塑性树脂粘结剂10～20％；混合物涂抹在无机质子交换膜的中间位置，厚度为5～30微米，无机质子交换膜的四周预留出1～10毫米用于密封；然后，Ｎ↓［2］气保护下200℃热处理3～10分钟；
3）、无机质子交换膜－催化层组件的密封：采用气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料作为密封材料用于密封，在制备过程中，将密封材料直接涂抹于无机质子交换膜四周预留的位置；
4）、无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备：在密封好的无机质子交换膜－催化层上直接覆盖气体扩散层即得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。
本发明的有益效果在于：
它提高了燃料电池膜电极上催化剂的利用效率。
具体实施方式：
实施例：质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，
1）、无机质子交换膜的制备：
ａ）、首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液：先将杂多酸加入到水和乙醇的混合溶剂中，其中按重量计水∶乙醇=1∶3～10，杂多酸与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶16～300，搅拌15～30分钟，然后按重量计无机氧化物前驱体混合溶液∶杂多酸=10∶1～2加入杂多酸，继续搅拌15～30分钟，形成杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；
ｂ）、表面活性剂溶液的制备：按重量计杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液∶表面活性剂=3∶1，将表面活性剂加入杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，表面活性剂与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶30～64，搅拌15～30分钟，制成表面活性剂溶液；
ｃ）、无机质子传导粉末前驱体制备：将步骤ｂ）制备的表面活性剂溶液缓慢加入至步骤ａ）制备的杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，室温下搅拌1～2小时，制得无机质子传导粉末前驱体；
ｄ）、无机质子交换膜制备：将步骤ｃ）制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，在干燥箱中35℃～45℃下热处理7～10天，然后在温度350℃～400℃下高温煅烧1～2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末，按重量比无机质子传导粉末∶热塑性树脂粘结剂=1∶1～3将热塑性树脂粘结剂和无机质子传导粉末充分混合搅拌均均后再热压制备成无机质子交换膜；
2）、无机质子交换膜－催化层组件的制备：将催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料混合均匀得混合物，在混合物中，催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料所占重量百分比为：催化剂10～50％、无机质子传导粉末10～40％、电子传导材料10～30％、热塑性树脂粘结剂10～20％；混合物涂抹在无机质子交换膜的中间位置，厚度为5～30微米，无机质子交换膜的四周预留出1～10毫米用于密封；然后，Ｎ↓［2］气保护下200℃热处理3～10分钟；
3）、无机质子交换膜－催化层组件的密封：采用气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料作为密封材料用于密封，在制备过程中，将密封材料直接涂抹于无机质子交换膜四周预留的位置；
4）、无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备：在密封好的无机质子交换膜－催化层上直接覆盖气体扩散层即得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。

Claims (1)

1.质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：
1）、无机质子交换膜的制备：
ａ）、首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液：先将杂多酸加入到水和乙醇的混合溶剂中，其中按重量计水∶乙醇=1∶3～10，杂多酸与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶16～300，搅拌15～30分钟，然后按重量计无机氧化物前驱体混合溶液∶杂多酸=10∶1～2加入杂多酸，继续搅拌15～30分钟，形成杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；
ｂ）、表面活性剂溶液的制备：按重量计杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液∶表面活性剂=3∶1，将表面活性剂加入杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，表面活性剂与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶30～64，搅拌15～30分钟，制成表面活性剂溶液；
ｃ）、无机质子传导粉末前驱体制备：将步骤ｂ）制备的表面活性剂溶液缓慢加入至步骤ａ）制备的杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，室温下搅拌1～2小时，制得无机质子传导粉末前驱体；
ｄ）、无机质子交换膜制备：将步骤ｃ）制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，在干燥箱中35℃～45℃下热处理7～10天，然后在温度350℃～400℃下高温煅烧1～2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末，按重量比无机质子传导粉末∶热塑性树脂粘结剂=1∶1～3将热塑性树脂粘结剂和无机质子传导粉末充分混合搅拌均均后再热压制备成无机质子交换膜；
2）、无机质子交换膜－催化层组件的制备：将催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料混合均匀得混合物，在混合物中，催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料所占重量百分比为：催化剂10～50％、无机质子传导粉末10～40％、电子传导材料10～30％、热塑性树脂粘结剂10～20％；混合物涂抹在无机质子交换膜的中间位置，厚度为5～30微米，无机质子交换膜的四周预留出1～10毫米用于密封；然后，Ｎ↓［2］气保护下200℃热处理3～10分钟；
3）、无机质子交换膜－催化层组件的密封：采用气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料作为密封材料用于密封，在制备过程中，将密封材料直接涂抹于无机质子交换膜四周预留的位置；
4）、无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备：在密封好的无机质子交换膜－催化层上直接覆盖气体扩散层即得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。
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