CN110364740A - 制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了制造用于燃料电池的膜‑电极组件的电极的组合物和方法。更具体地，本文中所描述的是用于制造用于燃料电池的膜‑电极组件的电极的组合物和用于制造包括其的用于燃料电池的膜‑电极组件的电极的方法，该组合物可以通过混合具有比第一碳更低的结晶度的第二碳和向电极施加电压来仅去除第二碳从而改善电极中的孔隙率并由此改善反应气体的质量传输能力。

Description

制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的组合物和方法
技术领域
本公开内容涉及用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的组合物。
背景技术
本部分中的陈述仅仅提供与本公开内容相关的背景信息并且可能并不构成现有技术。
最常用的车辆用燃料电池是聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。对于聚合物电解质膜燃料电池而言，为了在各种驱动条件下正常地施加至少几十千瓦的高功率，它们会在较宽的电流密度范围内稳定地工作。
为了满足燃料电池所需的功率水平，燃料电池以通过层压单元电池所组装的堆叠形式来使用。聚合物电解质膜燃料电池的每个单元电池包括膜电极组件(称为“MEA”)，其包括能够移动质子的聚合物电解质膜和附接到聚合物电解质膜的相对表面的电极、用于将反应气体(活性气体，reactive gas)(诸如燃料气体和氧化气体)供应到膜电极组件并传输生成的电能的气体扩散层(GDL)、用于维持反应气体和冷却剂的气密性的垫圈、用于维持适当的紧固压力的紧固构件、以及用于移动反应气体和冷却剂的双极板(BP)。将多个电池进行堆叠，并且将用于支撑电池的端板偶联到堆叠电池的最外端。
燃料电池生成电的电化学反应发生在MEA中，其包括基于全氟化磺酸(PFSA)离聚物的膜和电极对，即阳极/阴极。一般地，燃料电池电动车辆所用的电极包括引发燃料电池反应的Pt催化剂和碳载体和连接这些Pt催化剂和碳载体的离聚物粘合剂。全氟化磺酸一般还用作电极的离聚物粘合剂。
燃料电池的电化学反应将会如通过以下反应方案1所描绘的那样来发生。供应到氧化电极(即燃料电池的阳极)的氢通过氢氧化反应(HOR)溢出质子和电子。质子通过膜移动到还原电极(即阴极)，而电子通过外部电路移动到阴极。如反应方案2所描绘的那样，质子和电子通过阴极处的氧还原反应(ORR)与外部供应的氧气反应以产生电和热并同时产生作为副产物的水：
[反应方案1]
H2→2H++2e-，Eo＝0.000V(相对于SHE) [1]
[反应方案2]
1/2O2+2H++2e-→H2O，Eo＝1.229V(相对于SHE) [2]
其中Eo代表标准电极电势并且SHE代表标准氢电极。
将显示燃料电池的电化学性能的区域分成三个区域。第一是由电化学反应速率损失引起的“活化损失”区域，第二是由增大的每个元件的界面处的电接触电阻和聚合物电解质膜的离子电阻导致的“欧姆损失”区域，并且第三是由反应气体的有限质量传输能力引起的“质量传输损失(mass transport loss)”或“浓度损失”区域。
其中，质量传输损失会影响燃料电池的高电流密度区域的性能并具有各种起因。例如，当通过电化学反应所产生的水以适当的量存在于电极中时，水会维持MEA的增湿。然而，如果没有适当地去除过量的水，则可能会发生溢流。溢流的水阻碍了反应气体有效地供应到燃料电池中，从而通过质量传输损失引起电压损失。
已经提出通过引入垂直定向排列的碳纳米管(VACNT)作为Pt催化剂的载体来改善反应气体的扩散的其他常规技术。然而，由于额外的制造工艺和复杂的过程，这些方法可能与增加的制造成本和大规模生产的不适合性相关联。
一般地，关于燃料电池的电极，反应气体会通过气体扩散层移动到电极中的Pt催化剂，并且需要适当的孔来有效地移动反应气体和由于燃料电池反应而产生的水。然而，我们已经发现常规电极由于缺少孔会因质量传输损失而经历电压损失。特别地，这种现象会在高电流密度区域中明显地观察到，在该区域中会供应更多的反应气体并因此会产生大量的水。
背景技术部分中所公开的上述信息仅为了加强对本公开内容的背景的理解而提供，因此其可能包含不构成本领域普通技术人员在本国中已经熟知的现有技术的信息。
发明内容
本公开内容提供了用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的组合物，其包括用于形成孔的第二碳。
本公开内容提供了一种用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法，该电极可以通过以简单的方式在燃料电池的电极中形成孔来展现出改善的反应气体的质量传输能力。
本公开内容从以下的描述中进行理解，并且可以如权利要求及其组合中所限定的那样来实施。
在一个方面中，本发明提供了用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的组合物，其包括催化剂复合物(该催化剂复合物包括第一碳和负载在第一碳上的催化剂金属)、涂覆(包覆，coat)催化剂复合物的离聚物粘合剂(ionomer binder)、第二碳以及溶剂。
第一碳可以包括选自由炭黑(CB)、碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)、碳纳米线(CNW)、碳纳米角(CNH)以及石墨烯构成的组中的至少一种。
催化剂金属可以包括选自由铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)、金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)以及钇(Y)构成的组中的至少一种。
第二碳可以包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线以及碳纳米角构成的组中的至少一种。
第二碳可以具有比第一碳低至少10％的结晶度。
溶剂可以是选自由异丙醇(IPA)、正丙醇(nPA)和乙醇构成的组中的至少一种醇、去离子水或其混合物。
基于催化剂复合物、离聚物粘合剂和第二碳的总重量(％)，离聚物粘合剂可以以按重量计10％至50％的量存在并且第二碳可以以按重量计0.1％至50％的量存在。
在另一方面中，本发明提供了一种用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法，其包括用离聚物粘合剂涂覆包含第一碳和负载在第一碳上的催化剂金属的催化剂复合物，将离聚物粘合剂涂覆的催化剂复合物与第二碳和溶剂混合以制备催化剂油墨，使用催化剂油墨产生电极，并且向电极施加电压以去除第二碳。
第一碳可以包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米角以及石墨烯构成的组中的至少一种。
催化剂金属可以包括选自由铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)、金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)以及钇(Y)构成的组中的至少一种。
涂覆离聚物粘合剂可以包括制备由催化剂复合物、离聚物粘合剂和溶剂构成的溶液，以及对该溶液进行干燥和热处理。
热处理可以在从离聚物粘合剂的α转变温度至α转变温度+100℃的温度下进行10分钟至10小时。
第二碳可以包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线以及碳纳米角构成的组中的至少一种。
第二碳可以具有比第一碳低至少10％(at least 10％lower)的结晶度。
溶剂可以是选自由异丙醇、正丙醇和乙醇构成的组中的至少一种醇、去离子水或其混合物。
基于催化剂复合物、离聚物粘合剂和第二碳的总重量(％)，催化剂油墨可以包括按重量计10％至50％的离聚物粘合剂和按重量计0.1％至50％的第二碳。
去除第二碳可以在70％或更高的相对湿度(RH)下进行。
去除第二碳可以通过向电极施加1.0V至1.6V的电压5秒至2分钟进行。
进一步的应用领域将从本文所提供的描述中显而易见。应理解的是描述和特定实施例仅旨在用于说明性目的，并不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本公开内容，参照附图，现在将对通过示例方式给出的其各种形式进行描述，在附图中：
图1是示出根据本公开内容用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法的流程图；
图2A是示出在去除电极中的第二碳之前包括用于燃料电池的膜-电极组件的电极的膜-电极组件的剖视图；和
图2B是示出包括用于燃料电池的膜-电极组件的电极的膜-电极组件的剖视图，其显示了在去除电极中的第二碳之后形成充足的孔。
本文中所描述的附图只用于说明性目的并不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。
具体实施方式
本公开内容将参照附图来理解。然而，本公开内容不严格地限制于本文所公开的形式。
贯穿对附图的说明，相同的参考标号指代相同的元件。在附图中，为清楚起见，放大结构的尺寸。应理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可以用在本文中来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制并只用来区分一个元件与另一个元件。例如，在由本公开内容所限定的范围内，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地第二元件可以被称为第一元件。除非上下文另有清楚地表明，否则单数形式旨在包括复数形式。
应进一步理解的是，术语“包含”、“具有”等，当在此说明书中使用时，特指存在所述特征、数值、步骤、操作、元件、组件或其组合，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、元件、组件或其组合。另外，应理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上面”时，它可以直接在其他元件上面或者还可以存在居间元件。还应理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“下面”时，它可以直接在其他元件下面或者还可以存在居间元件。
除非上下文另有清楚地表明，否则本说明书中所用的表示成分、反应条件、聚合物组成以及混合物的量的所有数值、数字和/或表达都是近似值，其反映了在获得这些数字等中固有发生的各种测量不确定性。由于此原因，应理解的是，在所有情况下，术语“约”都修饰所有数值、数字和/或表达。另外，当数值范围在描述中公开时，除非另有定义，否则这些数值范围是连续的并包括从最小值至最大值的所有数值，而且包括这些范围内的最大值。此外，当范围被称为整数时，除非另外定义，否则它包括从最小值至最大值的所有整数，而且包括该范围内的最大值。
应理解的是，在本说明书中，当范围被称为是关于参数时，该参数包括所有数字，包括该范围内所公开的端点。例如，“5至10”的范围包括5、6、7、8、9以及10的数字，以及任意的子范围(诸如6至10、7至10、6至9以及7至9的范围)和落入该范围内的适当整数之间的任何数字(诸如5.5、6.5、7.5、5.5至8.5和6.5至9)。另外，例如，“10％至30％”的范围包括所有整数，其包括诸如10％、11％、12％和13％以及30％的数字，和10％至15％、12％至18％或20％至30％的任何子范围，以及落入该范围内的适当整数之间的任何数字(诸如10.5％、15.5％和25.5％)。
本公开内容涉及一种用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法，其可以通过简单工艺来改善电极中的孔隙率，该简单工艺包括混合具有比负载催化剂金属的第一碳更低的结晶度的第二碳以产生电极以及向电极施加电压从而通过碳腐蚀(carboncorrosion)而仅去除第二碳。另外，该方法具有改善电极的孔隙率从而提高反应气体的质量传输能力的优点。
图1是示出根据本公开内容用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法的流程图。参照此图，膜-电极组件的电极的制造方法可以包括用离聚物粘合剂涂覆催化剂复合物(S100)、制备催化剂油墨(S200)、产生电极(S300)以及向电极施加电压(S400)。
更特别地，本公开内容涉及用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法，其包括：用离聚物粘合剂涂覆包含第一碳和负载在第一碳上的催化剂金属的催化剂复合物；将离聚物粘合剂涂覆的催化剂复合物与第二碳和溶剂混合以制备催化剂油墨；使用催化剂油墨产生电极；以及向电极施加电压以去除第二碳。
在下文中，将参照图1更详细地描述根据本公开内容制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的各个步骤。
1)涂覆离聚物粘合剂(S100)
涂覆离聚物粘合剂的步骤(S100)可以包括用离聚物粘合剂涂覆包括第一碳和负载在第一碳上的催化剂金属的催化剂复合物。更特别地，涂覆离聚物粘合剂可以包括制备由催化剂复合物、离聚物粘合剂和溶剂构成的混合物，以及对该混合物进行干燥和热处理。
本公开内容中所用的第一碳可以包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米角以及石墨烯构成的组中的一种或多种，并且发挥负载催化剂金属的功能。另外，催化剂金属可以包括选自由铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)、金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)以及钇(Y)构成的组中的一种或多种。
在制备混合物的步骤中，该混合物可以通过将催化剂复合物和离聚物粘合剂添加到溶剂中、在室温下用搅拌器充分搅拌所得混合物以及使反应溶液进行超声处理来制备。
该溶剂可以是选自由异丙醇、正丙醇和乙醇构成的组中的至少一种醇；去离子水；或其混合物。
在对该混合物进行干燥和热处理的步骤中，可以对混合物进行干燥以去除溶剂，并且可以在干燥器中对块状(饼状，cake)形式的残余物(包括获得的催化剂复合物和离聚物粘合剂)进行热处理以用离聚物粘合剂涂覆(包覆，coat)催化剂复合物的整个表面。
热处理可以在从离聚物粘合剂的α转变温度至α转变温度+100℃的温度下进行10分钟至10小时。α转变温度(Tα)是指聚合物的结晶度快速变化的温度。α转变温度可以依赖于离聚物的结构和种类而变化。当热处理的温度低于离聚物粘合剂的α转变温度时，催化剂复合物和离聚物粘合剂由于其间较弱的结合力而可能在再分散于溶剂中时彼此分离。另一方面，当热处理温度高于α转变温度+100℃时，离聚物粘合剂的热降解会加速，或者离聚物粘合剂由于离聚物粘合剂的结晶度过度增加而不能再分散于溶剂中，并因此降低了溶解度。另外，当制造膜-电极组件时，可以降低电解质膜的界面粘结性。热处理温度可以在从离聚物粘合剂的α转变温度至α转变温度+50℃的范围内。
另外，热处理可以进行10分钟至10小时。当热处理时间短于10分钟时，热处理效果可能不充分，而当热处理时间长于10小时，离聚物粘合剂的热降解可能会加速，结晶度过度增加或者过程循环时间会增加。该混合物的热处理可以进行30分钟至5小时。
离聚物粘合剂可以是全氟化磺酸离聚物(PFSA)、烃类离聚物或其混合物，诸如全氟化磺酸离聚物。
全氟化磺酸离聚物(PFSA)或烃类离聚物可以具有60℃至130℃的α转变温度。α转变温度的范围可以依赖于离聚物的类型和结构而变化，并且本公开内容不限于此。
2)制备催化剂油墨(S200)
制备催化剂油墨的步骤(S200)可以包括将离聚物粘合剂涂覆的催化剂复合物与第二碳和溶剂混合以制备催化剂油墨。此时，第二碳可以包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线以及碳纳米角构成的组中的一种或多种。
第二碳可以具有比第一碳低至少10％的结晶度。在这里，结晶度是指结晶部分相对于总含量的重量比例，该总含量包括结晶部分和无定形部分。
所用的第二碳应具有比第一碳低至少10％的结晶度，以便在向电极施加电压(S400)的随后步骤中有效地去除第二碳。特别地，当第二碳的结晶度与第一碳的结晶度相同或比其低10％时，可以在电极中形成孔的第二碳和作为催化剂金属的载体的第一碳在向电极施加电压(S400)中可能通过腐蚀同时去除。由于此原因，催化剂金属可能从第一碳中分离并损失，或者催化剂金属颗粒聚集在一起，从而导致催化剂性能的劣化并因此导致燃料电池性能的劣化。第二碳可以具有比第一碳低至少20％的结晶度。因此，第一碳可以具有比第二碳更高的结晶度。反之，第二碳可以具有比第一碳更低的结晶度。
该溶剂可以是选自由异丙醇、正丙醇和乙醇构成的组中的至少一种醇、去离子水或其混合物。
基于催化剂复合物、离聚物粘合剂和第二碳的总重量(％)，催化剂油墨可以包括按重量计10％至50％的离聚物粘合剂和按重量计0.1％至50％的第二碳。
离聚物粘合剂可以以按重量计10％至50％的量来使用。当离聚物粘合剂的含量小于按重量计10％时，催化剂复合材料可能就不会充分地连接或结合到三维网状结构中。另一方面，当含量高于按重量计50％时，过量的离聚物粘合剂可能会堵塞电极中的孔，因此使电极溢流。在一个方面中，离聚物粘合剂可以以按重量计20％至35％的量来使用。
第二碳可以以按重量计0.1％至50％的量存在，因为当第二碳的含量小于按重量计0.1％时，在电极中会形成更少的孔，从而使质量传输能力的改善不充分。当含量高于按重量计50％时，在电极中会形成过多的孔，从而可能会引起电极的结构坍塌。第二碳可以以按重量计0.5％至20％的量存在。
3)产生电极(300)
产生电极(300)的步骤可以包括使用催化剂油墨产生电极。在步骤(S300)中产生电极的方法可以是诸如贴花转印工艺(decal transfer process)、喷雾工艺、喷墨印刷工艺等各种方法之一。
在本公开内容的一个方面中，贴花转印工艺可以通过以下的方法来进行。贴花转印膜可以使用棒式涂布机用催化剂油墨来涂覆，并且对其进行充分地干燥以产生贴花电极。关于产生的贴花电极(decal electrode)，通过控制催化剂油墨的含量和涂层厚度，可以对铂催化剂的负载量(loading)进行控制。
另外，贴花转印膜可以是耐热聚合物，因为当将涂覆在贴花转印膜上的贴花电极转移到电解质膜时，贴花转印膜应容易分离并能够耐受高温热处理条件。耐热聚合物可以包括选自由聚四氟乙烯(PTFE)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(PTT)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)以及聚酰亚胺(PI)构成的组中的一种或多种。贴花电极可以用电解质膜热压，然后可以去除贴花转印膜以制造膜-电极组件。
4)向电极施加电压(S400)
向电极施加电压(S400)的步骤可以包括向电极施加电压以去除第二碳。此时，可以从电极中去除部分或全部的第二碳。向电极施加电压(S400)可以在70％或更大的相对湿度下进行。也就是说，可以将潮湿气体充分地供应到电极。如以下反应方案3和4所示，当向电极施加电压并同时向其充分地供应潮湿气体时，会发生电化学碳腐蚀，并且同时只有电极中所含的低结晶第二碳可以通过氧化来选择性地去除。
[反应方案3]
C+2H2O→CO2+4H++4e-，Eo＝0.207V(相对于SHE) [3]
[反应方案4]
C+H2O→CO+2H++2e-，Eo＝0.518V(相对于SHE) [4]
当相对湿度小于70％时，在电极中就不存在充分量的用于碳腐蚀的水分并且就不会充分地发生第二碳的碳腐蚀，从而使电极中的孔形成不完全。
另外，向电极施加电压(S400)可以通过向电极施加1.0V至1.6V的电压5秒至2分钟来进行。向电极所施加的电压可以是1.0V至1.6V，因为当电压小于1.0V时，可能不会充分地发生第二碳(其为用于产生孔的低结晶碳)的碳腐蚀。另一方面，当电压高于1.6V时，除了第二碳之外，用作催化剂金属载体的第一碳也可能会被腐蚀和去除。可以在1.1V至1.4V的范围内施加电压。
关于向电极施加电压(S400)，电压施加时间以及电压范围是重要的。电压施加时间可以在5秒与2分钟之间。当电压施加时间短于5秒时，第二碳(其为用于产生孔的低结晶碳)的碳腐蚀可能不会充分地发生，并且当电压施加时间长于2分钟时，除了第二碳之外，第一碳(其用作催化剂金属的载体)也可能被腐蚀和去除。在一个方面中，电压施加时间可以是10秒至30秒。
图2A是示出在去除电极中的第二碳之前包括用于燃料电池的膜-电极组件的电极的膜-电极组件的剖视图。如图2A所示，膜-电极组件的剖面具有气体扩散层30形成在电极10的上表面上且电解质膜20形成在电极10的下表面上的结构。催化剂金属11负载在电极10内的第一碳12上。另外，第一碳12的整个表面和负载在第一碳上的催化剂金属11涂覆有离聚物粘合剂13，并且将第二碳14与所得结构混合。
图2B是示出包括用于燃料电池的膜-电极组件的电极的膜-电极组件的剖视图，其显示了从电极中去除第二碳之后形成充分的孔。如图2B中所示，存在于图2A的电极10中的第二碳14通过电化学碳腐蚀而去除并同时充分地形成孔，并且反应气体和产生的水可以有效地在膜-电极组件的电极中移动。
根据本公开内容制造的用于燃料电池的膜-电极组件的电极，可以通过混合第二碳(该第二碳具有比包括负载催化剂金属的第一碳的催化剂复合物更低的结晶度)以产生电极并向电极施加电压以通过碳腐蚀仅选择性地去除第二碳，从而改善电极中的孔隙率并提高反应气体的质量传输能力。
根据本公开内容制造的用于燃料电池的膜-电极组件的电极，可以通过提高质量传输能力来改善燃料电池的性能并在各种操作条件下改善操作稳定性。
根据本公开内容制造的用于燃料电池的膜-电极组件的电极，可以以相对简单且成本有效的方式来改善电极的孔隙率，从而降低了成本并提高了产品价值。
本公开内容的效果并不限于上面所描述的那些。本公开内容的效果将从前述的描述中清楚地理解。
本领域中的技术人员将会理解的是，在不脱离本公开内容的原理和构思的情况下可以做出改变，本公开内容的范围由所附权利要求及其等效物来限定。

Claims (18)

1.一种用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的组合物，包括：
包括第一碳和负载在所述第一碳上的催化剂金属的催化剂复合物；
涂覆所述催化剂复合物的离聚物粘合剂；
第二碳；以及
溶剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一碳包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米角或石墨烯构成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述催化剂金属包括选自由铂、钯、钌、铱、金、银、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼或钇构成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第二碳包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线或碳纳米角构成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第二碳具有比所述第一碳低至少10％的结晶度。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述溶剂是选自由异丙醇、正丙醇或乙醇构成的组中的至少一种醇、去离子水或其混合物。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中基于所述催化剂复合物、所述离聚物粘合剂和所述第二碳的总重量，所述离聚物粘合剂以按重量计10％至50％的量存在并且所述第二碳以按重量计0.1％至50％的量存在。
8.一种用于制造用于燃料电池的膜-电极组件的电极的方法，包括：
用离聚物粘合剂涂覆包括第一碳和负载在所述第一碳上的催化剂金属的催化剂复合物；
将所述离聚物粘合剂涂覆的催化剂复合物与第二碳和溶剂混合以制备催化剂油墨；
使用所述催化剂油墨产生电极；以及
向所述电极施加电压以去除所述第二碳。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一碳包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米角或石墨烯构成的组中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述催化剂金属包括选自由铂、钯、钌、铱、金、银、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼或钇构成的组中的至少一种。
11.根据权利要求8所述的方法，其中涂覆所述离聚物粘合剂包括：
制备由所述催化剂复合物、离聚物粘合剂和溶剂构成的混合物；以及
对所述混合物进行干燥和热处理。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述热处理在从所述离聚物粘合剂的α转变温度至α转变温度+100℃的温度下进行10分钟至10小时。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二碳包括选自由炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线或碳纳米角构成的组中的至少一种。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二碳具有比所述第一碳低至少10％的结晶度。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述溶剂是选自由异丙醇、正丙醇或乙醇构成的组中的至少一种醇、去离子水或其混合物。
16.根据权利要求9所述的方法，其中基于所述催化剂复合物、所述离聚物粘合剂和所述第二碳的总重量，所述催化剂油墨包括按重量计10％至50％的所述离聚物粘合剂和按重量计0.1％至50％的所述第二碳。
17.根据权利要求8所述的方法，其中去除所述第二碳在70％或更高的相对湿度下进行。
18.根据权利要求8所述的方法，其中去除所述第二碳通过向所述电极施加1.0V至1.6V的电压5秒至2分钟进行。
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