CN110880604A - 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110880604A
CN110880604A CN201811036125.4A CN201811036125A CN110880604A CN 110880604 A CN110880604 A CN 110880604A CN 201811036125 A CN201811036125 A CN 201811036125A CN 110880604 A CN110880604 A CN 110880604A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
cathode
platinum
proton exchange
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811036125.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李目武
李剑铮
洪绍景
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Automobile Group Co Ltd filed Critical Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Priority to CN201811036125.4A priority Critical patent/CN110880604A/zh
Publication of CN110880604A publication Critical patent/CN110880604A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/861—Porous electrodes with a gradient in the porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，质子交换膜燃料电池膜电极的阴极催化层包括依次层叠设置的阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，由于阴极催化层中的碳含量从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增加，且碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得阴极催化层中的孔隙率从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的阴极催化层，从而使得阴极催化层有利于及时排除反应过程中的生成水，以防止质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高质子交换膜燃料电池的性能和寿命。

Description

一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法。
背景技术
目前，燃料电池汽车由于具有环保无污染、工作效率高、燃料加注时间短、续航里程长等优势，可以及时应对全球能源短缺和环境污染等问题，因此发展燃料电池汽车已成为全球汽车与能源产业转型升级的重要突破口。燃料电池作为燃料电池汽车的核心部件，其膜电极是发生化学反应、产生电能的工作场所，对燃料电池的性能和寿命起着关键作用。因此，提高膜电极的性能和寿命是当前最急需解决的问题之一。
但是，由于现有燃料电池的膜电极自身的水管理能力较差，容易造成膜电极水淹，因此严重降低了膜电极的性能和寿命，从而严重降低了燃料电池的性能和寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，以解决现有燃料电池的膜电极由于自身的水管理能力较差而容易造成水淹的技术问题，以提高膜电极的性能和寿命，从而提高燃料电池的性能和寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极，包括质子交换膜，所述质子交换膜的一面上设有阳极催化层，所述质子交换膜的另一面上设有阴极催化层；
所述阴极催化层包括朝远离所述质子交换膜方向依次层叠设置的阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层；所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层均含有铂/碳催化剂，其中，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量。
作为优选方案，所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。
作为优选方案，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层的铂载量均为0.1－0.2mg/cm2。
作为优选方案，所述阳极催化层含有铂/碳催化剂，且所述阳极催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％。
作为优选方案，所述阳极催化层的铂载量为0.1－0.2mg/cm2。
作为优选方案，所述质子交换膜的厚度为10－100μm。
作为优选方案，所述质子交换膜为杜邦NRE－212膜或杜邦NRE－211膜。
作为优选方案，所述质子交换膜燃料电池膜电极还包括两个气体扩散层，一个所述气体扩散层设置在所述阳极催化层远离所述质子交换膜的一面上，另一个所述气体扩散层设置在所述阴极外催化层远离所述质子交换膜的一面上。
本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极，阴极催化层包括依次层叠设置的阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量，阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量。由于阴极催化层中的碳含量从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增加，且碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得阴极催化层中的孔隙率从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的阴极催化层，从而使得阴极催化层有利于及时排除反应过程中的生成水，以防止质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高质子交换膜燃料电池的性能和寿命。此外，由于质子交换膜燃料电池膜电极内不含有亲水剂和疏水剂，因此极大地提高了阳极催化层和阴极催化层的利用率，从而降低了质子交换膜燃料电池膜电极的制备成本，进而有利于质子交换膜燃料电极膜电极的扩大生产。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括：
分别配制第一催化剂溶液、第二催化剂溶液和第三催化剂溶液；其中，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液均含有铂/碳催化剂，其中，第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量；
将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层；
在预处理后的质子交换膜的另一面涂覆催化剂，形成阳极催化层；
在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极。
作为优选方案，所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。
作为优选方案，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液中铂/碳催化剂的的铂载量均为0.1－0.2mg/cm2。
作为优选方案，配制所述第一催化剂溶液具体包括：
将第一铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第一溶液；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第二溶液；
将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第一催化剂溶液；
配制所述第二催化剂溶液具体包括：
将第二铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第三溶液；其中，所述第二铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一铂/碳催化剂的碳含量；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第四溶液；
将所述第四溶液加入到所述第三溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第二催化剂溶液；
配制所述第三催化剂溶液具体包括：
将第三铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第五溶液；其中，所述第三铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二铂/碳催化剂的碳含量；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第六溶液；
将所述第六溶液加入到所述第五溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第三催化剂溶液。
作为优选方案，所述树脂溶液为树脂固含量为5％－20％的nafion溶液。
作为优选方案，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或两种混合。
作为优选方案，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中的铂/碳催化剂和树脂固含量的质量比为2－4。
作为优选方案，所述将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层具体包括：
将预处理后的质子交换膜平铺在夹具上，并将夹具吸附在喷涂仪的台面上；
通过超声喷涂在预设的喷涂条件下，将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层；其中，所述预设的喷涂条件具体是：喷涂仪台面的温度为70－110℃、喷涂速度为1.0－1.5mL/min、喷涂气压为25－30psi、喷头移动速度为75－85mm/s。
作为优选方案，所述在预处理后的质子交换膜的另一面涂覆催化剂形成阳极催化层具体为：
在预处理后的质子交换膜的另一面上涂覆铂含量的质量分数为35％－45％铂/碳催化剂，形成阳极催化层。
作为优选方案，所述阳极催化层的铂载量为0.1－0.2mg/cm2。
作为优选方案，所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法还包括：
将质子交换膜置于质量分数为5％－10％的双氧水中，在70－80℃下浸泡0.5－1h；
用去离子水多次冲洗浸泡后的所述质子交换膜；
将冲洗后的所述质子交换膜用0.4－0.5M的硫酸溶液在70－80℃下酸洗0.5－1h；
用去离子水多次冲洗酸洗后的所述质子交换膜，干燥处理后得到预处理后的质子交换膜。
作为优选方案，所述在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极具体为：
在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，将两个气体扩散层分别热压在所述阳极催化层和所述阴极外催化层上，封上边框，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极。
作为优选方案，在所述在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，将两个气体扩散层分别热压在所述阳极催化层和所述阴极外催化层上，封上边框，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极之后还包括：
将多个所述质子交换膜燃料电池膜电极、双极板、集流板、端板和风扇组装成风冷型燃料电池电堆；
在预设的测试条件下，对所述风冷型燃料电池电堆进行性能测试；其中，所述预设的测试条件具体是：阳极入口压力为0.05MPa、无加湿、阳极排气频率为20s/0.5s，阴极采取风扇吸入式供气。
作为优选方案，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液的固含量均为1％－2％。
作为优选方案，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层的铂载量相等，且均为0.1－0.2mg/cm2。
作为优选方案，所述质子交换膜的厚度为10－100μm。
作为优选方案，所述质子交换膜为杜邦NRE－212膜或杜邦NRE－211膜。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供一种质子交换膜燃料电池膜电极，所述质子交换膜燃料电池膜电极由上述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法制备。
本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，通过将配制出的第一催化剂溶液、第二催化剂溶液和第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，以形成阴极催化层。由于第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，使得形成的阴极催化层中的碳含量从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增加，并且由于碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得阴极催化层中的孔隙率从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的阴极催化层，从而使得阴极催化层有利于及时排除反应过程中的生成水，以防止质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高质子交换膜燃料电池的性能和寿命。此外，由于质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法不添加额外的亲水剂和疏水剂，因此极大地提高了阳极催化层和阴极催化层的利用率，从而降低了质子交换膜燃料电池膜电极的制备成本，进而有利于质子交换膜燃料电极膜电极的扩大生产。
附图说明
图1是本发明实施例中的质子交换膜燃料电池膜电极的结构示意图；
图2是本发明实施例中的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法的流程图；
图3是本发明实施例中的步骤S12的流程图；
图4是本发明实施例一、实施例二、对比实施例一和对比实施例二中的风冷型燃料电池电堆的测试性能图。
其中，1、质子交换膜；2、阳极催化层；3、阴极催化层；31、阴极内催化层；32、阴极中间催化层；33、阴极外催化层；4、气体扩散层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种质子交换膜燃料电池膜电极，包括质子交换膜1，所述质子交换膜1的一面上设有阳极催化层2，所述质子交换膜1的另一面上设有阴极催化层3；
所述阴极催化层3包括朝远离所述质子交换膜1方向依次层叠设置的阴极内催化层31、阴极中间催化层32和阴极外催化层33；所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33均含有铂/碳催化剂，其中，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述阴极中间催化层32含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极内催化层31含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述阴极外催化层33含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极中间催化层32含有的铂/碳催化剂的碳含量。
在本发明实施例中，需要说明的是，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中铂/碳催化剂的铂载量相等具体是指所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中的铂的绝对载量相等。催化层是发生电化学反应的主要场所，在阴极反应中，反应物在铂的表面发生吸附催化反应，铂的绝对载量相等表明在各层上反应的物质的量理论上基本相等，从而各催化层反应生成的水含量一致，在催化层内部不会发生由于水浓度不一致而导致的不均匀扩散，从而可以保证生成的水有序排出，提高了催化剂的利用率。
在本发明实施例中，由于所述阴极催化层3中的碳含量从所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32至所述阴极外催化层33逐步增加，且碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得所述阴极催化层3中的孔隙率从所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32至所述阴极外催化层33逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，从而使得所述阴极催化层3有利于及时排出反应过程中的生成水，以防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高质子交换膜燃料电池的性能和寿命。
此外，由于所述质子交换膜燃料电池膜电极内不含有亲水剂和疏水剂，因此极大地提高了所述阳极催化层2和所述阴极催化层3的利用率，从而降低了所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备成本，进而有利于所述质子交换膜燃料电极膜电极的扩大生产。
在本发明实施例中，为了进一步确保能够形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，以及时排出反应过程中的生成水，从而防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，本实施例中的所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。具体地，本实施例中的所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为60％，所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为40％，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为20％。
在本发明实施例中，为了更进一步确保能够形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，以及时排出反应过程中的生成水，从而防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，本实施例中的所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33的铂载量均为0.1－0.2mg/cm2。进一步地，本实施例中的所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33中的铂含量相等。
在本发明实施例中，为了进一步提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，本实施例中的所述阳极催化层2含有铂/碳催化剂，且所述阳极催化层2含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％。进一步地，所述阳极催化层2的铂载量为0.1－0.2mg/cm2。
在本发明实施例中，为了进一步提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，本实施例中的所述质子交换膜1的厚度为10－100μm。具体地，所述质子交换膜1为杜邦NRE－212膜或杜邦NRE－211膜。
如图1所示，为了及时传导所述质子交换膜燃料电池膜电极产生的反应气体和排出其生产的产物水，同时支撑和保护所述阳极催化层2和所述阴极催化层3，本实施例中的所述质子交换膜燃料电池膜电极还包括两个气体扩散层4，一个所述气体扩散层4设置在所述阳极催化层2远离所述质子交换膜1的一面上，另一个所述气体扩散层4设置在所述阴极外催化层33远离所述质子交换膜1的一面上。
如图2所示，为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括：
S11，分别配制第一催化剂溶液、第二催化剂溶液和第三催化剂溶液；其中，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液均含有铂/碳催化剂，其中，第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量；
S12，将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜1的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层31、阴极中间催化层32和阴极外催化层33，形成阴极催化层3；
S13，在预处理后的质子交换膜1的另一面涂覆催化剂，形成阳极催化层2；
S14，在形成所述阴极催化层3和所述阳极催化层2后，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极。
在本发明实施例中，所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法通过将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜1的一面上，分别对应涂覆出所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33，以形成所述阴极催化层3。由于所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，使得形成的所述阴极催化层3中的碳含量从所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32至所述阴极外催化层33逐步增加，并且由于碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得所述阴极催化层3中的孔隙率从所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32至所述阴极外催化层33逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，从而使得所述阴极催化层3有利于及时排出反应过程中的生成水，以防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高所述质子交换膜燃料电池的性能和寿命。
此外，由于所述质子交换膜燃料电池膜的制备方法不添加额外的亲水剂和疏水剂，因此极大地提高了所述阳极催化层2和所述阴极催化层3的利用率，从而降低了所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备成本，进而有利于所述质子交换膜燃料电极膜电极的扩大生产。
在本发明实施例中，为了进一步确保能够形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，以及时排出反应过程中的生成水，从而防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，本实施例中的所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。
具体地，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液中铂/碳催化剂的的铂载量均为0.1－0.2mg/cm2。
在本发明实施例中，为了配制出所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液，以确保能够形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，从而及时排出反应过程中的生成水，进而防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，本实施例中的配制所述第一催化剂溶液具体包括：
将第一铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第一溶液；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第二溶液；
将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第一催化剂溶液；
本实施例中的配制所述第二催化剂溶液具体包括：
将第二铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第三溶液；其中，所述第二铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一铂/碳催化剂的碳含量；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第四溶液；
将所述第四溶液加入到所述第三溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第二催化剂溶液；
配制所述第三催化剂溶液具体包括：
将第三铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第五溶液；其中，所述第三铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二铂/碳催化剂的碳含量；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第六溶液；
将所述第六溶液加入到所述第五溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第三催化剂溶液。
进一步地，本实施例中的所述树脂溶液为树脂固含量为5％－20％的nafion溶液；本实施例中的所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或两种混合；本实施例中的超声波分散中的超声波频率为20－40kHz，机械搅拌的速度为1000－2000rpm。
在本发明实施例中，为了更好地形成所述阴极内催化层31、所述中间催化层32和所述外催化层33，本实施例中的所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33中的铂/碳催化剂和树脂固含量的质量比为2－4。
如图3所示，为了实现在预处理后的质子交换膜1的一面上涂覆出所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33，本实施例中的所述步骤S12具体包括：
S121，将预处理后的质子交换膜平铺在夹具上，并将夹具吸附在喷涂仪的台面上；
S122，通过超声喷涂在预设的喷涂条件下，将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层；其中，所述预设的喷涂条件具体是：喷涂仪台面的温度为70－110℃、喷涂速度为1.0－1.5mL/min、喷涂气压为25－30psi、喷头移动速度为75－85mm/s。
在本发明实施例中，为了进一步提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，本实施例中的所述步骤S13具体为：
在预处理后的质子交换膜1的另一面上涂覆铂含量的质量分数为35％－45％铂/碳催化剂，形成阳极催化层2。
在本发明实施例中，为了进一步提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，本实施例中的所述阳极催化层2的铂载量为0.1－0.2mg/cm2。
在本发明实施例中，为了得到预处理后的质子交换膜1，本实施例中的所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法还包括：
将质子交换膜1置于质量分数为5％－10％的双氧水中，在70－80℃下浸泡0.5－1h；
用去离子水多次冲洗浸泡后的所述质子交换膜1；
将冲洗后的所述质子交换膜1用0.4－0.5M的硫酸溶液在70－80℃下酸洗0.5－1h；
用去离子水多次冲洗酸洗后的所述质子交换膜1，干燥处理后得到预处理后的质子交换膜1。
在本发明实施例中，为了确保能够及时传导所述质子交换膜燃料电池膜电极产生的反应气体和排出其生产的产物水，同时支撑和保护所述阳极催化层2和所述阴极催化层3，本实施例中的所述步骤S14具体为：
在形成所述阴极催化层2和所述阳极催化层3后，将两个气体扩散层4分别热压在所述阳极催化层2和所述阴极外催化层33上，封上边框，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极。
在本发明实施例中，通过所述气体扩散层4及时传导所述质子交换膜燃料电池膜电极产生的反应气体和排出其生产的产物水，并通过所述气体扩散层4支撑和保护所述阳极催化层2和所述阴极催化层3，以提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命。
在本发明实施例中，为了对制备出的所述质子交换膜燃料电池膜电极进行性能测试，本实施例中的在所述在形成所述阴极催化层2和所述阳极催化层3后，将两个气体扩散层4分别热压在所述阳极催化层2和所述阴极外催化层3上，封上边框，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极之后还包括：
将多个所述质子交换膜燃料电池膜电极、双极板、集流板、端板和风扇组装成风冷型燃料电池电堆；
在预设的测试条件下，对所述风冷型燃料电池电堆进行性能测试；其中，所述预设的测试条件具体是：阳极入口压力为0.05MPa、无加湿、阳极排气频率为20s/0.5s，阴极采取风扇吸入式供气。
在本发明实施例中，为了更进一步确保能够形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，以及时排出反应过程中的生成水，从而防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，本实施例中的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液的固含量均为1％－2％。
在本发明实施例中，为了更进一步确保能够形成具有三层有序梯度化的所述阴极催化层3，以及时排出反应过程中的生成水，从而防止所述质子交换膜燃料电池膜电极水淹，本实施例中的所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33的铂载量相等，且均为0.1－0.2mg/cm2。进一步地，本实施例中的所述阴极内催化层31、所述阴极中间催化层32和所述阴极外催化层33中的铂含量相等。
在本发明实施例中，为了进一步提高所述质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，本实施例中的所述质子交换膜1的厚度为10－100μm。具体地，所述质子交换膜1为杜邦NRE－212膜或杜邦NRE－211膜。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供一种质子交换膜燃料电池膜电极，所述质子交换膜燃料电池膜电极由上述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法制备。
下面提供以下实施例用于说明所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，具体如下：
实施例一
本发明实施例一提供的一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，具体包括：
S21，将20％铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第一溶液；将树脂固含量为5％的nafion溶液加入到异丙醇中，得到第二溶液；将第二溶液加入到第一溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的第一催化剂溶液。其中，去离子水和异丙醇的体积比为1：2，铂/碳催化剂和nafion溶液的质量比为3：1。
S22，将40％铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第三溶液；将树脂固含量为5％的nafion溶液加入到异丙醇中，得到第四溶液；将第四溶液加入到第三溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的第二催化剂溶液。其中，去离子水和异丙醇的体积比为1：2，铂/碳催化剂和nafion溶液的质量比为3：1。
S23，将60％铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第五溶液；将树脂固含量为5％的nafion溶液加入到异丙醇中，得到第六溶液；将第六溶液加入到第五溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的第三催化剂溶液。其中，去离子水和异丙醇的体积比为1：2，铂/碳催化剂和nafion溶液的质量比为3：1。
S24，将预处理后的杜邦NRE－211膜平铺在夹具上，并将夹具吸附在喷涂仪的台面上；通过超声喷涂在喷涂仪台面的温度为100℃、喷涂速度为1.5mL/min、喷涂气压为30psi、喷头移动速度为80mm/s喷涂条件下，将配制出的第一催化剂溶液、第二催化剂溶液和第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的杜邦NRE－211膜的一面上，依次对应涂覆出阴极内催化层31、阴极中间催化层32和阴极外催化层33，形成阴极催化层3。其中，阴极内催化层31、阴极中间催化层32和阴极外催化层33的铂载量为0.1mg/cm2，阴极催化层3的铂载量为0.3mg/cm2。
S25，在预处理后的杜邦NRE－211膜的另一面涂覆40％铂/碳催化剂，形成阳极催化层2。其中，阳极催化层2的铂载量为0.1mg/cm2。
S26，在80℃烘箱中烘考5h，去除阳极催化层2和阴极催化层3中的溶剂，再将两个气体扩散层4热压在阳极催化层2和阴极外催化层3上，封上边框，制备出质子交换膜燃料电池膜电极。
S27，将多个质子交换膜燃料电池膜电极、双极板、集流板、端板和风扇组装成风冷型燃料电池电堆；在阳极入口压力为0.05MPa、无加湿、阳极排气频率为20s/0.5s，阴极采取风扇吸入式供气的测试条件下，对风冷型燃料电池电堆进行性能测试。实施例一中的风冷型燃料电池电堆的性能测试结果如图4所示，质子交换膜燃料电池膜电极的电流密度为550mA/cm2＠0.6V，功率密度达到330mW/cm2。
实施例二
本发明实施例二提供的一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其与实施例一的区别在于，本实施例二中的质子交换膜为杜邦NRE－212膜。本实施例二的其它工艺步骤和工作原理与实施例一相同，在此不做更多的赘述。
实施例二中的风冷型燃料电池电堆的性能测试结果如图4所示，质子交换膜燃料电池膜电极的电流密度为500mA/cm2＠0.6V，功率密度达到300mW/cm2。
对比实施例一
本发明对比实施例一提供的一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，具体包括：
S31，将40％铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第七溶液；将树脂固含量为5％的nafion溶液加入到异丙醇中，得到第八溶液；将第八溶液加入到第七溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的第四催化剂溶液。其中，去离子水异丙醇的体积比为1：2，铂/碳催化剂与nafion溶液的质量比为3：1。
S32，将预处理后的杜邦NRE－211膜平铺在夹具上，并将夹具吸附在喷涂仪的台面上；通过超声喷涂在喷涂仪台面的温度为100℃、喷涂速度为1.5mL/min、喷涂气压为30psi、喷头移动速度为80mm/s喷涂条件下，将配制出的第四催化剂溶液喷涂在预处理后的杜邦NRE－211膜的一面上，形成阴极催化层3。其中，阴极催化层3的铂载量为0.3mg/cm2。
S33，在预处理后的杜邦NRE－211膜的另一面涂覆40％铂/碳催化剂，形成阳极催化层2。其中，阳极催化层2的铂载量为0.1mg/cm2。
S34，在80℃烘箱中烘5h，去除阳极催化层2和阴极催化层3中的溶剂，再将两个气体扩散层4热压在阳极催化层2和阴极外催化层3上，封上边框，制备出质子交换膜燃料电池膜电极。
S35，将多个质子交换膜燃料电池膜电极、双极板、集流板、端板和风扇组装成风冷型燃料电池电堆；在阳极入口压力为0.05MPa、无加湿、阳极排气频率为20s/0.5s，阴极采取风扇吸入式供气的测试条件下，对风冷型燃料电池电堆进行性能测试。
本发明对比实施例一提供的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其与实施例一的区别在于，对比实施例一提供的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法制备出质子交换膜燃料电池膜电极的阴极催化层3为单层，阴极催化层3并不包含阴极内催化层31，阴极中间催化层32和阴极外催化层33。对比实施例一中的风冷型燃料电池电堆的性能测试结果如图4所示，质子交换膜燃料电池膜电极的电流密度为460mA/cm2＠0.6V，功率密度达到276mW/cm2，其电流密度和功率密度均小于实施例一的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法制备出质子交换膜燃料电池膜电极的电流密度和功率密度。
对比实施例二
本发明对比实施例二提供的一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其与对比实施例一的区别在于，本对比实施例二中的质子交换膜为杜邦NRE－212膜。本对比实施例二的其它工艺步骤和工作原理与对比实施例一相同，在此不做更多的赘述。
本发明对比实施例二提供的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其与实施例二的区别在于，对比实施例二提供的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法制备出质子交换膜燃料电池膜电极的阴极催化层3为单层，阴极催化层3并不包含阴极内催化层31，阴极中间催化层32和阴极外催化层33。对比实施例二中的风冷型燃料电池电堆的性能测试结果如图4所示，质子交换膜燃料电池膜电极的电流密度为415mA/cm2＠0.6V，功率密度达到249mW/cm2，其电流密度和功率密度均小于实施例二的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法制备出质子交换膜燃料电池膜电极的电流密度和功率密度。
综上，本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，质子交换膜燃料电池膜电极的阴极催化层3包括依次层叠设置的阴极内催化层31、阴极中间催化层32和阴极外催化层33，阴极中间催化层32含有的铂/碳催化剂的碳含量高于阴极内催化层31含有的铂/碳催化剂的碳含量，阴极外催化层33含有的铂/碳催化剂的碳含量高于阴极中间催化层32含有的铂/碳催化剂的碳含量。由于阴极催化层3中的碳含量从阴极内催化层31、阴极中间催化层32至阴极外催化层33逐步增加，且碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得阴极催化层3中的孔隙率从阴极内催化层31、阴极中间催化层32至阴极外催化层33逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的阴极催化层3，从而使得阴极催化层3有利于及时排出反应过程中的生成水，以防止质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高质子交换膜燃料电池的性能和寿命。此外，由于质子交换膜燃料电池膜的制备方法不添加额外的亲水剂和疏水剂，因此极大地提高了阳极催化层和阴极催化层的利用率，从而降低了质子交换膜燃料电池膜电极的制备成本，进而有利于质子交换膜燃料电极膜电极的扩大生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种质子交换膜燃料电池膜电极，包括质子交换膜，所述质子交换膜的一面上设有阳极催化层，所述质子交换膜的另一面上设有阴极催化层，其特征在于，
所述阴极催化层包括朝远离所述质子交换膜方向依次层叠设置的阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层；所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层均含有铂/碳催化剂，其中，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量。
2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于，所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。
3.如权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层的铂载量均为0.1－0.2mg/cm2。
4.如权利要求1或2所述的质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于，所述阳极催化层含有铂/碳催化剂，且所述阳极催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％。
5.如权利要求4所述的质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于，所述阳极催化层的铂载量为0.1－0.2mg/cm2。
6.一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，包括：
分别配制第一催化剂溶液、第二催化剂溶液和第三催化剂溶液；其中，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液均含有铂/碳催化剂，其中，第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的碳含量；
将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层；
在预处理后的质子交换膜的另一面涂覆催化剂，形成阳极催化层；
在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极。
7.如权利要求6所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述第二催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述第三催化剂溶液含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。
8.如权利要求6或7所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液中铂/碳催化剂的铂载量均为0.1－0.2mg/cm2。
9.如权利要求6或7所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，
配制所述第一催化剂溶液具体包括：
将第一铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第一溶液；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第二溶液；
将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第一催化剂溶液；
配制所述第二催化剂溶液具体包括：
将第二铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第三溶液；其中，所述第二铂/碳催化剂的碳含量高于所述第一铂/碳催化剂的碳含量；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第四溶液；
将所述第四溶液加入到所述第三溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第二催化剂溶液；
配制所述第三催化剂溶液具体包括：
将第三铂/碳催化剂加入去离子水中，得到第五溶液；其中，所述第三铂/碳催化剂的碳含量高于所述第二铂/碳催化剂的碳含量；
将树脂溶液加入到有机溶剂中，得到第六溶液；
将所述第六溶液加入到所述第五溶液中，依次经过超声波分散和机械搅拌后，形成分散均匀的所述第三催化剂溶液。
10.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述树脂溶液为树脂固含量为5％－20％的nafion溶液。
11.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或两种混合。
12.如权利要求9所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中的铂/碳催化剂和树脂固含量的质量比为2－4。
13.如权利要求6或7所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层具体包括：
将预处理后的质子交换膜平铺在夹具上，并将夹具吸附在喷涂仪的台面上；
通过超声喷涂在预设的喷涂条件下，将配制出的所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液依次喷涂在预处理后的质子交换膜的一面上，分别对应涂覆出阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，形成阴极催化层；其中，所述预设的喷涂条件具体是：喷涂仪台面的温度为70－110℃、喷涂速度为1.0－1.5mL/min、喷涂气压为25－30psi、喷头移动速度为75－85mm/s。
14.如权利要求6或7所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述在预处理后的质子交换膜的另一面涂覆催化剂形成阳极催化层具体为：
在预处理后的质子交换膜的另一面上涂覆铂含量的质量分数为35％－45％铂/碳催化剂，形成阳极催化层。
15.如权利要求14所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述阳极催化层的铂载量为0.1－0.2mg/cm2。
16.如权利要求6或7所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法还包括：
将质子交换膜置于质量分数为5％－10％的双氧水中，在70－80℃下浸泡0.5－1h；
用去离子水多次冲洗浸泡后的所述质子交换膜；
将冲洗后的所述质子交换膜用0.4－0.5M的硫酸溶液在70－80℃下酸洗0.5－1h；
用去离子水多次冲洗酸洗后的所述质子交换膜，干燥处理后得到预处理后的质子交换膜。
17.如权利要求6或7所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极具体为：
在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，将两个气体扩散层分别热压在所述阳极催化层和所述阴极外催化层上，封上边框，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极。
18.如权利要求17所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，在所述在形成所述阴极催化层和所述阳极催化层后，将两个气体扩散层分别热压在所述阳极催化层和所述阴极外催化层上，封上边框，制备出所述质子交换膜燃料电池膜电极之后还包括：
将多个所述质子交换膜燃料电池膜电极、双极板、集流板、端板和风扇组装成风冷型燃料电池电堆；
在预设的测试条件下，对所述风冷型燃料电池电堆进行性能测试；其中，所述预设的测试条件具体是：阳极入口压力为0.05MPa、无加湿、阳极排气频率为20s/0.5s，阴极采取风扇吸入式供气。
19.如权利要求9或10所述的质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂溶液、所述第二催化剂溶液和所述第三催化剂溶液的固含量均为1％－2％。
CN201811036125.4A 2018-09-05 2018-09-05 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 Pending CN110880604A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811036125.4A CN110880604A (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811036125.4A CN110880604A (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110880604A true CN110880604A (zh) 2020-03-13

Family

ID=69727064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811036125.4A Pending CN110880604A (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110880604A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111463442A (zh) * 2020-04-13 2020-07-28 上海电气集团股份有限公司 催化剂层、燃料电池膜电极及其制备方法
CN112103543A (zh) * 2020-10-16 2020-12-18 大连理工大学 一种用于质子交换膜燃料电池的梯度化膜电极及其制备方法
CN112259749A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 中钢集团南京新材料研究院有限公司 一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法
CN112952128A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 上海神力科技有限公司 一种从废旧燃料电池膜电极中回收质子交换膜和Pt的方法
CN113497235A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池膜电极及其制备方法、燃料电池
CN114122413A (zh) * 2021-10-29 2022-03-01 上海氢晨新能源科技有限公司 一种具有梯度孔结构的膜电极催化层及其制备方法和应用
CN114204041A (zh) * 2021-11-12 2022-03-18 广东泰极动力科技有限公司 一种燃料电池催化层结构及其制作工艺
CN114388817A (zh) * 2021-12-27 2022-04-22 深圳航天科技创新研究院 一种碱性燃料电池及其电极结构
CN114520339A (zh) * 2022-01-26 2022-05-20 浙江天能氢能源科技有限公司 一种燃料电池用ccm及其制备方法
CN114566653A (zh) * 2021-09-08 2022-05-31 中自环保科技股份有限公司 一种非均匀催化剂层、膜电极及其制备方法
CN114708925A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 大连海事大学 一种燃料电池催化层梯度化设计方法
CN115133043A (zh) * 2022-07-07 2022-09-30 一汽解放汽车有限公司 一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用
CN115188972A (zh) * 2022-08-19 2022-10-14 苏州安斯迪克氢能源科技有限公司 一种催化剂浆料及其制备方法和应用及膜电极和燃料电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386420A (zh) * 2011-10-19 2012-03-21 清华大学 一种直接甲醇燃料电池双催化层膜电极及其制备方法
CN103165915A (zh) * 2011-12-16 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种有效降低燃料电池Pt担量的催化层结构
CN107665997A (zh) * 2017-08-25 2018-02-06 同济大学 可自支撑且具有梯度分布结构燃料电池催化层

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386420A (zh) * 2011-10-19 2012-03-21 清华大学 一种直接甲醇燃料电池双催化层膜电极及其制备方法
CN103165915A (zh) * 2011-12-16 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种有效降低燃料电池Pt担量的催化层结构
CN107665997A (zh) * 2017-08-25 2018-02-06 同济大学 可自支撑且具有梯度分布结构燃料电池催化层

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497235A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池膜电极及其制备方法、燃料电池
CN113497235B (zh) * 2020-03-18 2023-04-07 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池膜电极及其制备方法、燃料电池
CN111463442A (zh) * 2020-04-13 2020-07-28 上海电气集团股份有限公司 催化剂层、燃料电池膜电极及其制备方法
CN112103543A (zh) * 2020-10-16 2020-12-18 大连理工大学 一种用于质子交换膜燃料电池的梯度化膜电极及其制备方法
CN112259749A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 中钢集团南京新材料研究院有限公司 一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法
CN112259749B (zh) * 2020-10-23 2022-02-08 中钢集团南京新材料研究院有限公司 一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法
CN112952128A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 上海神力科技有限公司 一种从废旧燃料电池膜电极中回收质子交换膜和Pt的方法
CN114566653B (zh) * 2021-09-08 2023-01-31 中自环保科技股份有限公司 一种非均匀催化剂层、膜电极及其制备方法
CN114566653A (zh) * 2021-09-08 2022-05-31 中自环保科技股份有限公司 一种非均匀催化剂层、膜电极及其制备方法
CN114122413A (zh) * 2021-10-29 2022-03-01 上海氢晨新能源科技有限公司 一种具有梯度孔结构的膜电极催化层及其制备方法和应用
CN114204041A (zh) * 2021-11-12 2022-03-18 广东泰极动力科技有限公司 一种燃料电池催化层结构及其制作工艺
CN114204041B (zh) * 2021-11-12 2023-12-05 广东泰极动力科技有限公司 一种燃料电池催化层结构及其制作工艺
CN114388817A (zh) * 2021-12-27 2022-04-22 深圳航天科技创新研究院 一种碱性燃料电池及其电极结构
CN114388817B (zh) * 2021-12-27 2023-12-01 深圳航天科技创新研究院 一种碱性燃料电池及其电极结构
CN114520339A (zh) * 2022-01-26 2022-05-20 浙江天能氢能源科技有限公司 一种燃料电池用ccm及其制备方法
CN114708925A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 大连海事大学 一种燃料电池催化层梯度化设计方法
CN115133043A (zh) * 2022-07-07 2022-09-30 一汽解放汽车有限公司 一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用
CN115188972A (zh) * 2022-08-19 2022-10-14 苏州安斯迪克氢能源科技有限公司 一种催化剂浆料及其制备方法和应用及膜电极和燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110880604A (zh) 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
EP2212952B1 (en) Electrode for fuel cell and method of preparing the same and membrane electrode assembly and fuel cell comprising the same
CN111092230A (zh) 一种质子交换膜燃料电池的催化剂浆料及其应用
CN1783556A (zh) 燃料电池电极和膜电极组件以及燃料电池系统
CN113517449A (zh) 一种膜电极组件及制备方法
CN111370717A (zh) 一种阴极催化剂浆料、阴极催化剂层、膜电极及燃料电池
CN111584880B (zh) 一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
CN115133043A (zh) 一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用
CN110289420A (zh) 一种pem燃料电池膜电极的制备方法
KR20130027907A (ko) 연료전지용 탄화수소계 복합 전해질막
CN101000963A (zh) 一种燃料电池膜电极的制作方法
CN112615033A (zh) 一种直接甲醇燃料电池催化层梯度化膜电极及其制备方法
CN108110284A (zh) 一种直接制备燃料电池用铂纳米晶核壳催化层的方法
KR100599667B1 (ko) 질화티타늄을 코팅한 금속을 이용한 연료 전지용 분리판,그 제조 방법 및 상기 분리판을 포함하는 고분자 전해질연료 전지
CN112909267A (zh) 一种质子交换膜燃料电池用mea及其制备方法
CN110943233A (zh) 一种高效燃料电池铂基催化剂的制备方法
CN114373941A (zh) 一种改性抗反极催化剂及其制备方法与应用
JP2008135274A (ja) 燃料電池の製造方法
CN215496795U (zh) 一种多层次的燃料电池催化剂层结构
CN113555568A (zh) 一种膜电极及其制备方法
CN114737211B (zh) 一种质子交换复合增强膜、制备方法、水电解膜电极及应用
CN114204084B (zh) 一种电纺构建中空纤维式质子交换膜燃料电池的方法
CN115312821A (zh) 膜电极、膜电极组件及其制备方法
CN115050970A (zh) 一种燃料电池催化层及其制备方法
CN111384410B (zh) 具有裂纹的燃料电池用双层催化剂层及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200313

RJ01 Rejection of invention patent application after publication