CN110620241A - 一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池膜电极技术领域，具体涉及一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法。本发明所述一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法包括如下步骤：将催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体超声分散，调节pH8～9，得到水相催化剂浆料；将酰氯单体、碳粉分散于有机溶剂中得到油相；将质子交换膜两侧表面针刺非贯穿性微孔，然后利用超声雾化机将水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜表面，形成水相催化剂浆料层；超声雾化将油相涂在碳纤维纸表面形成油相层；使油相层与水相催化剂浆料层接触；重复在质子交换膜的另一面喷涂水性催化剂浆料和粘附有油相的碳纤维纸、热压，形成燃料电池膜电极。本发明能有效防止催化剂脱落和劣化。

Description

一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法
技术领域
本发明属于燃料电池膜电极技术领域，具体涉及一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法。
背景技术
燃料电池是不经过燃烧，直接以电化学反应将氢气、天然气等燃料和氧化剂直接转化为电能的高效发电装置。燃料电池除了能效转换率高之外，最大的好处是氢燃料储量丰富、清洁环保、可再生。目前应用于燃料电池汽车的主要是质子交换膜燃料电池（也叫氢燃料电池），它以纯氢为燃料，具备能量转换效率高、噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等性能。
质子交换膜燃料电池( proton exchange membrane fuel cell，PEMFC) 也称为聚合物电解质膜燃料电池，是一种新兴、高效、环境友好的能源转换应用电池，在运输、固定以及可移动电源领域应用广泛。膜电极由质子交换膜( proton exchange membrane，PEM)和电极组成。PEM 起着传递质子与分隔燃料气和氧化剂的作用，是一种具有选择性的高聚合物膜。电极通常分为两层，即催化剂层和气体扩散层( Gas diffusion layer，GDL) 。
膜电极是燃料电池的核心部件，是燃料和氧化剂发生电化学反应产生电能的部位。膜电极的催化层中催化剂的分散性、表面活性、耐久性对于燃料电池的性能和使用寿命具有非常重要的意义。质子交换膜燃料电池通常在高湿、强酸、高温环境运行工作，对催化剂造成较大的损失和劣化。因此将催化剂有效分散在质子交换膜表面并牢固的附着，对降低单位面积催化剂担载使用量、提高催化剂反应活性、降低催化剂损失非常关键。而现有技术采用催化浆料直接喷涂技术难以形成牢固的附着。
申请号为：200810046953.6 的专利申请公开了一种基于多孔基体的燃料电池催化剂层、燃料电池芯片及制备方法。其催化剂层包括多孔质子交换膜、催化剂，或者还有质子交换树脂，催化剂和质子交换树脂位于多孔质子交换膜的微孔内，多孔质子交换膜由含磺酸基团的质子交换树脂单体构成，催化剂为负载型贵金属单质或贵金属合金，或者为经过氧化处理的负载型贵金属单质或贵金属合金；载体是纳米导电碳黑等。催化剂层的制法：制备催化剂料浆，将多孔质子交换膜浸入到催化剂料浆中，将膜干燥，热压成型。用上述催化剂层制备燃料电池芯片的方法：按聚四氟乙烯薄膜-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-聚四氟乙烯薄膜的顺序排列成5合一叠件；叠件热压，冷却至室温，揭去外侧聚四氟乙烯薄膜，即得芯片。
申请号为：200810046956.X的专利申请公开了基于多孔质子交换膜基体的燃料电池催化剂层、膜电极及制备方法。其催化剂层包括多孔质子交换膜、催化剂、或者还有质子交换树脂；多孔质子交换膜由含磺酸基团的质子交换树脂单体构成；催化剂为负载型贵金属单质或贵金属合金催化剂。催化剂层的制备是，将多孔质子交换膜浸催化剂料浆后干燥热压成型。膜电极的制备是，将催化剂层置于一涂有微孔层或水管理层的碳纸表面，热压，然后将一质子交换膜置于两个相同的气体扩散层电极之间，膜与催化剂层接触，再热压制得，或按碳纸-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纸的顺序排列，然后热压制得。
申请号为：200810046952.1 的专利申请公开具有抗渗透层的燃料电池质子交换膜及其制备方法，该膜是在两层多孔聚合物基质子交换膜的中间复合了一层反渗透膜或层。反渗透膜或层由多孔质子交换膜基体和填充体组成，填充体为催化剂，或者是催化剂和质子交换树脂。其制法是：将填充体材料分散于溶剂中，或者加入1-20wt％质子交换树脂，制成催化剂料浆；将多孔质子交换膜浸渍于催化剂料浆，之后取出，烘干，在H2SO4溶液中煮沸，用去离水浸泡、洗涤，然后干燥，热压得反渗透膜或层；将多孔聚合物基质子交换膜和反气体渗透膜按多孔聚合物基质子交换膜-反气体渗透膜-多孔聚合物基质子交换膜顺序上下叠齐，在其底部和上部各置一张相同尺寸的聚四氟乙烯薄膜，进行热压，揭去表层聚四氟乙烯薄膜，即得。
申请号为：200310108263.6 的专利申请公开了一种制备质子交换膜燃料电池碳/碳复合材料双极板的方法，属于燃料电池领域。本发明采用中间相碳颗粒为原材料，以碳纤维为增强材料，通过凝胶注模成型工艺一次成型质子交换膜燃料电池双极板，首先，配制凝胶注模用单体溶液，之后将中间相碳颗粒和碳纤维按比例加入到单体溶液中，搅拌均匀得到稳定的浆料，然后将浆料浇注到带有反向气体流道的金属模具中，保温至单体与交联剂完全反应，得到双极板素坯，之后将素坯烘干，烧结后，采用热固性树脂进行封孔，最后将固化后的树脂在高温下炭化，即得到碳/碳复合材料双极板。
申请号为：201810545546.3 的专利申请公开了一种燃料电池膜电极的制备方法，涉及燃料电池技术领域，其制备方法为，将催化剂粉末、树脂溶液和分散溶液制成混合浆料，通过超声处理使所述混合浆料混合均匀；将质子交换膜需喷涂面朝上，另一面覆盖在静电衬膜上并用喷涂夹具固定；所述喷涂夹具放置于40～60℃环境中，将所述混合浆料喷涂在所述质子交换膜上，制得燃料电池膜电极。本发明的制备方法，由于采用了静电衬膜约束质子交换膜形变，即使在非抽真空条件下进行混合浆料喷涂，质子交换膜也不会产生溶胀变形，因此本工艺具备操作简单，节约成本，成品率高，简化了传统CCM的制备方法，又保留了热转印法的优点。
申请号为：201611063880.2的专利申请公开一种燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法。该方法包括如下步骤：(1)依次加入催化剂颗粒、水、高分子聚合物质子导体溶液、Teflon溶液，醇和增稠剂，使其混合；(2)先用磁力搅拌器搅拌；然后用剪切乳化机或均质机继续搅拌；最后用超声波震荡；得到催化剂浆料。
发明内容
针对现有硅基负极材料稳定性和电导率较差问题，本发明的第一个目的是提出一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的制备方法。
为达到上述第一个目的，本发明所述一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法包括如下步骤：
（1）.将催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体超声分散，并将pH值调节至8～9，得到水相催化剂浆料，所述催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体的质量比为：0.1～0.8:20～40:30～80:20～55；所述Nafion溶液的质量浓度为10%～20%；
（2）.将酰氯单体、碳粉分散于有机溶剂中得到油相；所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或氯仿；所述酰氯单体、碳粉和有机溶剂的质量比为：12～25:8～20:60～90；
（3）.将质子交换膜两侧表面针刺非贯穿性微孔，然后利用超声雾化机将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置1～2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；
（4）.将得到的复合层在80～95℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体；
其中，所述催化剂为粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒；
所述带有磺酸基团的活性单体为：2 ,2 '-双磺酸联苯胺、4-氨基-2 '-硝基二苯胺-4'-磺酸、5-氨基-2-(4-甲氧基苯胺基)苯磺酸中的至少一种；
所述酰氯单体为：对苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯中的至少一种；
所述质子交换膜为全氟磺酸型质子交换膜；
所述碳纤维纸的厚度优选为0.25mm，透气性70～80%。
所述质子交换膜为全氟磺酸型质子交换膜，如常用的Du Pont 公司提供的Nafion系列膜， 包括Nafion 117，Nafion 115，Nafion 112，Nafion 1135 及Nafion105 等。
进一步地，步骤（1）所述超声分散的功率为60～90W，超声时间为40～60min。
进一步地，步骤（1）所述催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体的质量比为：0.2～0.6:20～35:35～60:26～50。
进一步地，步骤（1）所述催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体的质量比为：0.2～0.4:25～35:35～45:26～45。
进一步地，步骤（1）所述Nafion溶液的质量浓度为12%～15%。
进一步地，步骤（2）所述有机溶剂为二甲基甲酰胺；所述酰氯单体、碳粉和有机溶剂的质量比为：12～18:10～16:70～80。
进一步地，步骤（3）所述表面针刺非贯穿性微孔采用带有针刺辊筒压出凹点，以便于催化剂浆料在质子交换膜表面更牢固的嵌入。
进一步地，步骤（3）所述超声雾化为常规雾化设备，主要是利用超声波定向压强，使液体的周围发生空化作用，从而使液体雾化成小分子的气雾，以便于均匀的分散。优选工作频率为1.7MHz的超声雾化设备。
进一步地，步骤（3）所述水相催化剂浆料层的厚度为10μm～350μm；优选所述水相催化剂浆料层的厚度为80μm～220μm。
进一步地，步骤（3）所述油相层的厚度为20μm～400μm；优选所述油相层的厚度为50μm～300μm。
进一步地，步骤（4）所述带有磺酸基团的活性单体为：4-氨基-2 '-硝基二苯胺-4'-磺酸、5-氨基-2-(4-甲氧基苯胺基)苯磺酸中的至少一种；
所述酰氯单体为：对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯中的至少一种。
本发明的第二个目的是提供一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体。
为了达到本发明的第二个目的，所述一种电解质膜电极体采用上述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法制备得到。
有益效果：
本发明的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法：将催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体超声分散，并将pH调节剂至8～9，得到水相催化剂浆料；将酰氯单体、碳粉分散于有机溶剂中得到油相；将质子交换膜两侧表面针刺非贯穿性微孔，然后利用超声雾化机将水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜表面；超声雾化将油相涂在碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置1～2h，然后将喷涂有油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜，使油相层与水相催化剂浆料层接触；重复在质子交换膜的另一面喷涂水性催化剂浆料，将喷涂有油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜，使油相层与水相催化剂浆料层接触；并在80～95℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体，所述催化剂为粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒。具有如下显著的优势：
本发明通过控制物料组成及加料顺序，通过将催化剂分散在单体，通过界面聚合，将催化剂牢固的粘合在质子交换膜和碳纤维纸间，有效降低了催化剂颗粒的团聚、提高了催化剂的分散性能，而且使催化剂与质子交换膜、碳纸气体扩散层紧密接触，有效防止催化剂脱落和劣化；而且本发明的工艺步骤简单，操作方便易行，原料低价易得，能耗少、门槛低，电池的综合性能好。
附图说明
图1：实施例1得到的膜电极循环伏安曲线。
图2：对比例1得到的膜电极循环伏安曲线。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）.将2g粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒、200g水、300g质量浓度为10%的Nafion溶液、200g带有磺酸基团的活性单体2 ,2 '-双磺酸联苯胺在功率为80W下超声分散30min，并将pH调节剂至8，得到水相催化剂浆料；
（2）.将120g酰氯单体对苯二甲酰氯、80g碳粉分散于600g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 117两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为50μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性80%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为40μm。
（4）.将得到的复合层在95℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
实施例2
（1）.将4g粒径为5～8nm的Pt/C催化剂微粒、250g水、400g质量浓度为15%的Nafion溶液、200g带有磺酸基团的活性单体2 ,2 '-双磺酸联苯胺在功率为60W下超声分散30min，并将pH调节剂至8，得到水相催化剂浆料；
（2）.将120g酰氯单体对苯二甲酰氯、80g碳粉分散于600g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 117两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为50μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性80%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为40μm。
（4）.将得到的复合层在95℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
实施例3
（1）.将6g粒径为8～10nm的Pt/C催化剂微粒、200g水、500g质量浓度为10%的Nafion溶液、300g带有磺酸基团的活性单体2 ,2 '-双磺酸联苯胺在功率为90W下超声分散40min，并将pH调节剂至8.5，得到水相催化剂浆料；
（2）.将200g酰氯单体对苯二甲酰氯、100g碳粉分散于600g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 117两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为50μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性80%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为40μm。
（4）.将得到的复合层在90℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
实施例4
（1）.将8g粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒、200g水、600g质量浓度为10%的Nafion溶液、200g带有磺酸基团的活性单体2 ,2 '-双磺酸联苯胺在功率为65W下超声分散30min，并将pH调节剂至8，得到水相催化剂浆料；
（2）.将250g酰氯单体对苯二甲酰氯、200g碳粉分散于800g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 117两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为50μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性80%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为40μm。
（4）.将得到的复合层在85℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
实施例5
（1）.将5g粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒、400g水、800g质量浓度为10%的Nafion溶液、400g带有磺酸基团的活性单体4-氨基-2 '-硝基二苯胺-4 '-磺酸在功率为70W下超声分散30min，并将pH调节剂至8，得到水相催化剂浆料；
（2）.将120g酰氯单体对苯二甲酰氯、80g碳粉分散于600g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 117两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为50μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性75%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为40μm。
（4）.将得到的复合层在90℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
实施例6
（1）.将7g粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒、200g水、300g质量浓度为10%的Nafion溶液、200g带有磺酸基团的活性单体5-氨基-2-(4-甲氧基苯胺基)苯磺酸在功率为75W下超声分散50min，并将pH调节剂至8，得到水相催化剂浆料；
（2）.将120g酰氯单体对苯二甲酰氯、150g碳粉分散于600g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 115两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为100μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性80%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为200μm。
（4）.将得到的复合层在95℃热压进行平整处理，通过酰带有磺酸基团与氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
对比例1
（1）.将2g粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒、200g水、300g质量浓度为10%的Nafion溶液在功率为80W下超声分散30min，并将pH调节剂至8，得到水相催化剂浆料；
（2）.将80g碳粉分散于600g有机溶剂二甲基甲酰胺中得到油相；所述有机溶剂为氯仿；
（3）.将全氟磺酸型质子交换膜Nafion 117两侧表面利用辊筒的针刺压出非贯穿性微孔，针间距为0.2mm，然后利用工作频率为1.7MHz的超声雾化设备将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；所述水相催化剂浆料层的厚度为50μm。
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在厚度为0.25mm,透气性80%的碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；所述油相层的厚度为40μm。
（4）.将得到的复合层在95℃热压进行平整处理，通过热粘合和Nafion溶液将催化剂附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体。
对比例1相比于实施例1未采用界面聚合粘合催化剂，而是采用常规的热粘合和Nafion溶液将催化剂附着在质子交换膜和碳纤维纸间，一方面催化剂分散均匀性受影响，催化效率降低；另一方面，催化剂在工作时，容易脱落流失，造成催化效率的进一步降低。
在同等条件下测试实施例1、对比例1所得膜电极的循环伏安曲线，以扫速速率为20mV/s进行测试，如图1所示。连续工作24h后,测试实施例1所得的膜电极催化层表现为良好的催化电化学活性，而对比例1的催化电化学活性则较低，如图2所示。原因在于催化剂的分散性较差，同时,连续工作存在催化剂脱落流失,影响了催化剂的电化学活性效能。

Claims (8)

1.一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）.将催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体超声分散，并将pH值调节至8～9，得到水相催化剂浆料，所述催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体的质量比为：0.1～0.8:20～40:30～80:20～55；所述Nafion溶液的质量浓度为10%～20%；
（2）.将酰氯单体、碳粉分散于有机溶剂中得到油相；所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或氯仿；所述酰氯单体、碳粉和有机溶剂的质量比为：12～25:8～20:60～90；
（3）.将质子交换膜两侧表面针刺非贯穿性微孔，然后利用超声雾化机将步骤（1）所述水相催化剂浆料均匀喷涂在质子交换膜两侧上，形成水相催化剂浆料层；
超声雾化将步骤（2）所述油相涂在碳纤维纸表面；喷涂完后分别放置1～2h，然后将喷涂有步骤（2）所述油相的碳纤维纸粘附在质子交换膜两侧的水相催化剂浆料层上，形成油相层；使所述油相层与水相催化剂浆料层接触；
（4）.将得到的复合层在80～95℃热压进行平整处理，通过带有磺酸基团活性单体与酰氯单体界面聚合反应，将催化剂牢固附着在质子交换膜和碳纤维纸间，形成碳纤维纸气体扩散层-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-碳纤维纸气体扩散层结构的膜电极体；
其中，所述催化剂为粒径为5～10nm的Pt/C催化剂微粒；
所述带有磺酸基团的活性单体为：2 ,2 '-双磺酸联苯胺、4-氨基-2 '-硝基二苯胺-4'-磺酸、5-氨基-2-(4-甲氧基苯胺基)苯磺酸中的至少一种；
所述酰氯单体为：对苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯中的至少一种；
所述质子交换膜为全氟磺酸型质子交换膜；
所述碳纤维纸的厚度为0.25mm，透气性70～80%。
2.根据权利要求1所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，步骤（1）所述超声分散的功率为60～90W，超声时间为40～60min。
3.根据权利要求1所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，步骤（1）所述催化剂、水、Nafion溶液、带有磺酸基团的活性单体的质量比为：0.2～0.4:25～35:35～45:26～45。
4.根据权利要求1所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，步骤（1）所述Nafion溶液的质量浓度为12%～15%。
5.根据权利要求1所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，步骤（2）所述有机溶剂为二甲基甲酰胺；所述酰氯单体、碳粉和有机溶剂的质量比为：12～18:10～16:70～80。
6.根据权利要求1所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，步骤（3）所述水相催化剂浆料层的厚度为10μm～350μm。
7.根据权利要求1所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法，其特征在于，步骤（3）所述油相层的厚度为20μm～400μm。
8.一种利用界面聚合反应制备的燃料电池膜电极，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的一种利用界面聚合反应制备电解质膜电极体的方法制备得到。
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