CN104868130A - 一种燃料电池膜电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种效率更高、使用寿命更长的燃料电池膜电极的制备方法，通过在质子交换膜与阴极之间形成铂黑层，在质子交换膜与阳极之间形成铂铱黑层，保证了阳极和阴极催化层与质子交换膜之间的紧密结合，经实验检测电流密度可达350mA/cm2，膜电极的效率更高使用寿命更长。

Description

一种燃料电池膜电极的制备方法
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于制备质子交换膜的方法。
背景技术
燃料电池发电是公认的继火力发电、水力发电、核能发电后的第四种发电方式。而拥有高效率、高功率密度、可低温运行和无污染等优点的质子交换膜燃料电池则被看作是可为汽车、中小型电站和移动设备等提供能量来源的较佳候选。质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极，由气体扩散电极和质子交换膜构成，其中气体扩散电极(包括阳极和阴极)由扩散层和催化剂层构成：扩散层由导电的多孔材料构成，起到支撑催化剂层、收集电流、传导气体和排水等作用。现有的膜电极催化剂层一般由催化剂(如Pt、钼或者碳载钼)和聚合物电解质树脂构成，是燃料电池电化学反应的场所。
现有膜电极的缺点是：阳极和阴极催化层与质子交换膜之间结合不够紧密，导致电流密度较低，使用寿命短。
发明内容
本发明为克服现有技术的缺点，提供一种效率更高、使用寿命更长的燃料电池膜电极的制备方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
a.膜电极扩散层的预处理步骤：将具有扩散层的阳极和阴极先放入蒸馏水中进行超声处理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中进行水浴，再置于H2SO4溶液中进行超声处理；
b.阴极催化剂层的制备步骤：将预处理后的阴极置于二氯四氨合铂溶液中，交换1-8小时，再加入过量硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阴极催化剂层；
c.阴极铂黑层的制备：将步骤b处理后的膜电极置于二氯四氨合铂溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原10-25分钟,直至还原完全,生成铂黑层；
d.阳极铂铱催化剂层的制备：将预处理后的阳极置于二氯四氨合铂和三氯化铱的混合溶液中,交换3-8小时，再加入过量的硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阳极铂铱催化剂层
e.阳极铂铱黑的制备:将步骤d处理后的阳极置于二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原10-25分钟，直至还原完全,生成铂铱黑层。
优选地，所述步骤a中的水浴温度为60-100℃，水浴时间为2-5小时。
优选地，所述步骤a中将阳极和阴极置于H2SO4溶液中在50-80℃温度下进行超声处理。
优选地，所述步骤b中交换1-8小时的具体过程为：先交换1-4小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液再交换1-4小时。
优选地，所述步骤d中交换3-8小时的具体过程为：先交换2-5小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液并混合均匀后,继续交换1-3小时。
本发明的有益效果是：通过在质子交换膜与阴极之间形成铂黑层，在质子交换膜与阳极之间形成铂铱黑层，保证了阳极和阴极催化层与质子交换膜之间的紧密结合，经实验检测电流密度可达350mA/cm2，膜电极的效率更高使用寿命更长。
具体实施方式
实施例1
一种燃料电池膜电极的制备方法包括以下步骤：
a.膜电极扩散层的预处理步骤：将具有扩散层的阳极和阴极先放入蒸馏水中进行超声处理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中在60℃温度下进行水浴2小时，再置于H2SO4溶液中进行超声处理；
b.阴极催化剂层的制备步骤：将预处理后的阴极置于二氯四氨合铂溶液中，先交换1-4小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液再交换1-4小时，再加入过量硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阴极催化剂层；
c.阴极铂黑层的制备：将步骤b处理后的膜电极置于二氯四氨合铂溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原20分钟,直至还原完全,生成铂黑层；
d.阳极铂铱催化剂层的制备：将预处理后的阳极置于二氯四氨合铂和三氯化铱的混合溶液中,交换4小时，再加入过量的硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阳极铂铱催化剂层
e.阳极铂铱黑层的制备:将步骤d处理后的阳极置于二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原20分钟，直至还原完全,生成铂铱黑层。
实施例2
一种燃料电池膜电极的制备方法包括以下步骤：
a.膜电极扩散层的预处理步骤：将具有扩散层的阳极和阴极先放入蒸馏水中进行超声处理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中在60℃温度下进行水浴2小时，再置于H2SO4溶液中在50-80℃温度下进行超声处理；
b.阴极催化剂层的制备步骤：将预处理后的阴极置于二氯四氨合铂溶液中，交换2小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液再交换2小时，再加入过量硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阴极催化剂层；
c.阴极铂黑层的制备：将步骤b处理后的膜电极置于二氯四氨合铂溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原20分钟,直至还原完全,生成铂黑层；
d.阳极铂铱催化剂层的制备：将预处理后的阳极置于二氯四氨合铂和三氯化铱的混合溶液中,先交换2小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液并混合均匀后,继续交换2小时，再加入过量的硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阳极铂铱催化剂层；
e.阳极铂铱黑层的制备:将步骤d处理后的阳极置于二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原20分钟，直至还原完全,生成铂铱黑层。
上述实施例制备的燃料电池膜电极，通过在质子交换膜与阴极之间形成铂黑层，在质子交换膜与阳极之间形成铂铱黑层，保证了阳极和阴极催化层与质子交换膜之间的紧密结合，经实验检测电流密度可达350mA/cm2，膜电极的效率更高使用寿命更长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
a.膜电极扩散层的预处理步骤：将具有扩散层的阳极和阴极先放入蒸馏水中进行超声处理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中进行水浴，再置于H2SO4溶液中进行超声处理；
b.阴极催化剂层的制备步骤：将预处理后的阴极置于二氯四氨合铂溶液中，交换1-8小时，再加入过量硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阴极催化剂层；
c.阴极铂黑层的制备：将步骤b处理后的膜电极置于二氯四氨合铂溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原10-25分钟,直至还原完全,生成铂黑层；
d.阳极铂铱催化剂层的制备：将预处理后的阳极置于二氯四氨合铂和三氯化铱的混合溶液中,交换3-8小时，再加入过量的硼氢化钠溶液进行还原反应直至还原完全,生成阳极铂铱催化剂层
e.阳极铂铱黑的制备:将步骤d处理后的阳极置于二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液和醋酸铅溶液中；然后加入硼氢化钠溶液还原10-25分钟，直至还原完全,生成铂铱黑层。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的水浴温度为60-100℃，水浴时间为2-5小时。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤a中将阳极和阴极置于H2SO4溶液中在50-80℃温度下进行超声处理。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤b中交换1-8小时的具体过程为：先交换1-4小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液再交换1-4小时。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤d中交换3-8小时的具体过程为：先交换2-5小时，然后倒出交换废液，重新加入新鲜的二氯四氨合铂溶液和IrCl3溶液并混合均匀后,继续交换1-3小时。
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