CN111584880A - 一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 - Google Patents

一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111584880A
CN111584880A CN202010411483.XA CN202010411483A CN111584880A CN 111584880 A CN111584880 A CN 111584880A CN 202010411483 A CN202010411483 A CN 202010411483A CN 111584880 A CN111584880 A CN 111584880A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
membrane electrode
platinum
proton exchange
exchange membrane
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.)
Granted
Application number
CN202010411483.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111584880B (zh
Inventor
刘凯
张义煌
许笑目
陈杰
李刚
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.)
Wuxi Weifu High Technology Group Co Ltd
Original Assignee
Wuxi Weifu High Technology 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 Wuxi Weifu High Technology Group Co Ltd filed Critical Wuxi Weifu High Technology Group Co Ltd
Priority to CN202010411483.XA priority Critical patent/CN111584880B/zh
Publication of CN111584880A publication Critical patent/CN111584880A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111584880B publication Critical patent/CN111584880B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • 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
    • H01M4/8846—Impregnation
    • 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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • 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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及到一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法。本发明的低铂质子交换膜燃料电池膜电极包括在质子交换膜两侧涂布催化层，所述催化层包括多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂，所述催化剂是铂载量为40%‑60%的铂碳催化剂中的一种或多种。本发明膜电极的催化层采用多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂制备而成，通过调节膜电极催化层结构来降低铂使用量，采用部分结构有序化工艺，调节膜电极催化层结构来降低铂使用量，降低燃料电池成本。本发明的膜电极相对于传统膜电极，因采用部分有序化结构，能够有效提高催化剂利用率，降低催化剂载量，克服膜电极溶胀问题，易于放大，有利于批量生产。

Description

一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及到一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）作为一种新型的清洁能源，由于其低污染甚至是无污染性被全球广泛关注。随着燃料电池技术的发展，成本、功率密度与寿命成为其商业化的关键因素。作为燃料电池的关键性材料之一，膜电极的作用举足轻重，其稳定性和价格直接决定了电池的耐久性和成本。
在制备膜电极在过程中，无论是铂合金以及非铂催化剂，其目标都是在不降低膜电极性能及寿命的前提下，极大的降低铂使用量，从而降低膜电极成本。现有在技术主要是通过提高催化剂性能或使用非铂催化剂来降低铂载量，现阶段铂碳催化剂和铂合金催化剂性能很难得到提升，非铂催化剂还处于研发阶段，量产之日遥遥无期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法。本发明膜电极的催化层采用多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂制备而成，通过调节膜电极催化层结构来降低铂使用量，采用部分结构有序化工艺，调节膜电极催化层结构来降低铂使用量，降低燃料电池成本。本发明所述膜电极相对于传统膜电极，因采用部分有序化结构，能够有效提高催化剂利用率，降低催化剂载量，克服膜电极溶胀问题，易于放大，有利于批量生产。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极，包括在质子交换膜两侧涂布催化层，所述催化层包括多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂，所述催化剂是铂载量为40%-60%的铂碳催化剂中的一种或多种。
所述多孔材料采用耐腐蚀且稳定的疏水材料制成，包括膨体聚四氟乙烯或/和聚偏氟乙烯。
所述多孔材料孔隙率为80%以上，多孔材料实际厚度为1-10μm，实际孔径为10-200μm。
所述低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）在多孔材料表面，利用薄膜制备技术制备催化层，催化层表面铂载量为0.05-0.3mg/cm2；
（2）在催化层表面喷涂Nafion溶液，得到有粘结性能的催化层，催化层表面Nafion的含量为 0.04-0.3mg/cm2；
（3）将步骤（2）制得的催化层与质子交换膜加压组装，得到催化层覆盖的质子交换膜CCM，其中加压温度为25-140℃，压力为10-30bar，加压时间为50-180 s；
（4）将CCM两面点胶后粘合气体扩散层得到低铂质子交换膜燃料电池膜电极。
所述步骤（1）中催化层的制备方法：将多孔材料置于催化剂墨水中浸泡，当多孔材料内催化剂含量不再增加时，取出多孔材料并烘干，并在烘干后的多孔材料表面进行催化剂墨水的涂覆并烘干。在设定温度为40-150℃的烘箱中进行所述烘干过程。
步骤（2）中所述Nafion溶液的浓度为0.05wt%-0.5wt%，所述Nafion溶液是利用体积分数为50％的异丙醇或丙醇水溶液将高浓度的Nafion溶液稀释至目标浓度，Nafion（全氟磺酸树脂）载量为0.01-0.1mg/cm2。
所述催化层的阳极铂载量为0.05-0.15mg/cm2。
步骤（3）中制得的CCM的厚度为28-40μm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明膜电极的催化层采用多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂制备而成，多孔材料内部孔结构能够有效吸附催化剂，以催化剂填充多孔材料形成催化层，使得催化层孔结构有一定的整齐度，形成催化层结构有序的阵列结构，有利于气体导通；同时具有海绵结构，能够吸纳一定的水蒸气，防止催化层太干造成催化性能下降，这样能够提高催化剂的利用率，从而明显降低催化剂的使用量。
2. 多孔材料采用疏水材料制成，具有疏水性，有利于大电流时催化层的排水，避免催化层水淹。
3. 多孔材料是连续结构，在与质子交换膜分离时，能够整体脱离，有利于膜电极分离回收，能够极大提高膜电极的催化剂回收利用率。
4. 多孔材料是性能优异的高分子材料制备而成，不会发生溶胀，用于催化层能够克服催化层制备过程中质子交换膜的溶胀问题，可以用于膜电极的大批量生产应用。
5. 多孔材料能够固定催化剂，防止催化剂在电堆运行过程中出现大量的流失，因而可以使用少量的催化剂达到较长的膜电极寿命。
附图说明
附图1是实施例1阴极催化层的扫描电镜图。
附图2是实施例1与对比例1的膜电极测试极化曲线图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案实现：一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及制备方法，包括催化剂墨水配置和催化层制备，具体地，配置催化剂墨水时，在多孔材料表面利用薄膜制备技术将墨水制备成催化层，在催化层表面喷涂Nafion溶液，将制得的催化层与质子交换膜加压组装，得到催化层覆盖的质子交换膜（catalystcoated membrane，简称CCM），将CCM两面点胶后分别粘合GDL（气体扩散层，含微孔层的一面靠近催化层）得到低铂质子交换膜燃料电池膜电极(membrane electrode assembly，MEA）。
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进行进一步说明。
实施例1
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克60%Pt/C催化剂（英国庄信公司）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，11mL质量分数为5%的Nafion溶液和55mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的聚四氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在40℃的烘箱中烘干；
（3）将步骤（2）得到的多孔材料在步骤（1）得到的催化剂墨水中浸泡10min后在140℃的烘箱中干燥3min，得到多孔催化层；
（4）在步骤（3）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干；
（5）将步骤（4）中得到的多孔催化层放置在质子交换膜两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM；
（6）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
实施例2
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克60%Pt/C催化剂（英国庄信万丰公司）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，11mL质量分数为5%的Nafion溶液和30mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的聚四氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在40℃烘箱中烘干；
（3）将步骤（2）得到的多孔材料在步骤（1）得到的催化剂墨水中浸泡20min后在140℃烘箱中干燥3min，得到多孔催化层；
（4）在步骤（3）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干；
（5）将步骤（4）中得到的多孔催化层放置在质子交换膜两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM（catalystcoated membrane）；
（6）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
实施例3
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克40%Pt/C催化剂（英国庄信万丰公司）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，7mL 质量分数为5%的Nafion溶液和30mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的聚四氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在40℃烘箱中烘干；
（3）将步骤（2）得到的多孔材料在步骤（1）中的催化剂墨水中浸泡20min后在140℃烘箱中干燥3min，并重复该过程3次，得到多孔催化层；
（4）在步骤（3）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干；
（5）将步骤（4）中得到的多孔催化层放置在质子交换膜在两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM；
（6）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
实施例4
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克40%Pt/C催化剂（英国庄信万丰公司）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，7mL质量分数为5%的Nafion溶液和30mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的聚四氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在40℃烘箱中烘干，得到多孔材料；
（3）将步骤（1）得到的催化剂墨水刮涂在步骤（2）中的多孔材料表面，放于90℃烘箱中干燥3min，重复该过程5次，最后140℃下干燥3min；
（4）在步骤（3）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干；
（5）将步骤（4）中的多孔催化层放置在质子交换膜两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM；
（6）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
实施例5
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克40%Pt/C催化剂（英国庄信万丰公司）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，7mL 5%质量分数的Nafion溶液和30mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的聚四氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在40℃烘箱中烘干；
（3）将步骤（2）得到的多孔材料在步骤（1）得到的催化剂墨水中浸泡20min后在烘箱中烘干；
（4）将步骤（3）中的催化剂墨水刮涂在多孔材料表面，放于90℃烘箱中干燥3min，重复该过程3次，最后140℃下干燥3min；
（5）在步骤（4）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干。
（6）将步骤（5）中的多孔催化层放置在质子交换膜两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM；
（7）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
实施例6
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克60%Pt/C催化剂（自制）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，11mL 5%质量分数的Nafion溶液和30mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的膨体聚四氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在30℃烘箱中烘干；
（3）将步骤（2）得到的多孔材料在步骤（1）中的催化剂墨水中浸泡10min后在90℃烘箱中干燥3min；
（4）将步骤（3）中的催化剂墨水刮涂在多孔材料表面，放于140℃烘箱中干燥3min；
（5）在步骤（4）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干；
（6）将步骤（5）的多孔催化层放置在质子交换膜两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM；
（7）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
实施例7
一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取1克60%Pt/C催化剂（自制）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，11mL质量分数为5%的Nafion溶液和30mg 聚乙烯醇混合均匀，充分超声分散形成墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）将面积为5*5cm2的聚偏氟乙烯多孔材料在异丙醇溶液中浸泡10min，取出并在30℃烘箱中烘干；
（3）将步骤（1）中的催化剂墨水刮涂在步骤（2）得到的多孔材料表面，放于140℃烘箱中干燥3min；
（4）在步骤（3）制备的多孔催化层表面喷涂质量分数为0.05%的Nafion溶液3mL，并烘干；
（5）将步骤（4）的多孔催化层放置在质子交换膜两面，并在远离质子交换膜的多孔催化层一侧依次放置聚四氟乙烯和硅胶，对叠加材料加压3min后得到CCM（catalyst coatedmembrane）；
（6）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（气体扩散层有微孔层的一侧与催化层接触），即得到膜电极。
对比例1
现有技术制备质子交换膜燃料电池膜电极，包括以下步骤：
（1）称取1克60%Pt/C催化剂（英国庄信公司）置于50mL烧杯中，加入12.5mL去离子水，搅拌分散；量取5mL异丙醇，11mL质量分数为5%的Nafion溶液混合均匀，充分超声分散形成催化剂墨水，超声10min，在25℃下静置5min；
（2）在质子交换膜的阴极和阳极分别涂覆催化剂，并烘干；
（3）将CCM点胶后放上气体扩散层粘贴（有微孔层在一侧靠近催化层），即得到膜电极。
本发明膜电极的催化层采用多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂制备而成，多孔材料采用膨体聚四氟乙烯或/和聚偏四氟乙烯，多孔材料内部孔结构能够有效吸附催化剂，以催化剂填充多孔材料形成催化层，使得催化层孔结构有一定的整齐度，形成催化层结构有序的阵列结构，催化层表面形成空隙结构，且结构较为均匀，如图1所示，有利于气体导通，同时具有海绵结构能够吸纳一定的水蒸气，防止催化层太干造成催化性能下降。这样提高了催化剂的利用率，催化剂的使用量可以明显降低。
多孔材料采用疏水材料制成，具有疏水性，有利于大电流时催化层的排水，避免催化层水淹；多孔材料是连续结构，在与质子交换膜分离时，能够整体脱离，有利于膜电极分离回收，能够极大提高膜电极的催化剂回收利用率；多孔材料由性能优异的高分子材料制备而成，不会发生溶胀，用于催化层，能够克服催化层制备过程中质子交换膜的溶胀问题，可以用于膜电极的大批量生产应用，并且多孔材料能够固定催化剂，防止催化剂在电堆运行过程中出现大量的流失，因而可以使用少量的催化剂达到较长的膜电极寿命。
将实施例1和对比例1制得的膜电极进行极化对比，如图2所示，从图2可以看出在降低阴极催化剂载量的情况下膜电极性能并没有发生明显变化，表明该结构有利于优化膜电极，降低膜电极载量，能够达到预期要求。单电池电化学性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极，包括在质子交换膜两侧涂布催化层，其特征在于，所述催化层包括多孔材料及填充在多孔材料内的催化剂，所述催化剂是铂载量为40%-60%的铂碳催化剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于，所述多孔材料采用耐腐蚀且稳定的疏水材料制成，包括膨体聚四氟乙烯或/和聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于，所述多孔材料孔隙率为80%以上，多孔材料实际厚度为1-10μm，实际孔径为10-200μm。
4.权利要求1所述低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在多孔材料表面，利用薄膜制备技术制备催化层，催化层表面铂载量为0.05-0.3mg/cm2；
（2）在催化层表面喷涂全氟磺酸树脂溶液，得到有粘结性能的催化层，催化层表面全氟磺酸树脂的含量为 0.04-0.3mg/cm2；
（3）将步骤（2）制得的催化层与质子交换膜加压组装，得到催化层覆盖的质子交换膜CCM，其中加压温度为25-140℃，压力为10-30bar，加压时间为50-180 s；
（4）将CCM两面点胶后粘合气体扩散层得到低铂质子交换膜燃料电池膜电极。
5.根据权利要求4所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中催化层的制备方法：将多孔材料置于催化剂墨水中浸泡，当多孔材料内催化剂含量不再增加时，取出多孔材料并烘干，并在烘干后的多孔材料表面进行催化剂墨水的涂覆并烘干。
6.根据权利要求5所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，在设定温度为40-150℃的烘箱中进行所述烘干过程。
7.根据权利要求4所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述全氟磺酸树脂溶液的浓度为0.05wt%-0.5wt%，所述全氟磺酸树脂溶液是利用体积分数为50％的异丙醇或丙醇水溶液将高浓度的Nafion溶液稀释至目标浓度，全氟磺酸树脂载量为0.01-0.1mg/cm2。
8.根据权利要求4所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述催化层的阳极铂载量为0.05-0.15mg/cm2。
9.根据权利要求4所述的低铂质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中制得的CCM的厚度为28-40μm。
CN202010411483.XA 2020-05-15 2020-05-15 一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法 Active CN111584880B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010411483.XA CN111584880B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种低铂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
CN202010411483.XA CN111584880B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111584880A true CN111584880A (zh) 2020-08-25
CN111584880B CN111584880B (zh) 2022-11-15

Family

ID=72112765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010411483.XA Active CN111584880B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种低铂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) CN111584880B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112786905A (zh) * 2021-01-27 2021-05-11 浙江高成绿能科技有限公司 一种燃料电池用催化层、膜电极及其制备方法
CN113991125A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 一汽解放汽车有限公司 一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料及其制备方法和应用
CN114204049A (zh) * 2021-12-03 2022-03-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种低铂载量质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN114639831A (zh) * 2022-04-26 2022-06-17 中汽创智科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极的多孔催化层及其制备方法和应用
CN114639831B (zh) * 2022-04-26 2024-05-31 中汽创智科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极的多孔催化层及其制备方法和应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1983686A (zh) * 2005-12-14 2007-06-20 大连新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极制备方法
CN101000963A (zh) * 2006-01-13 2007-07-18 上海清能燃料电池技术有限公司 一种燃料电池膜电极的制作方法
CN101038968A (zh) * 2007-04-27 2007-09-19 新源动力股份有限公司 催化层支撑质子交换膜燃料电池复合膜电极及其制备方法
CN101453021A (zh) * 2007-12-04 2009-06-10 韩华石油化学株式会社 使用燃料电池用电极催化剂的多孔载体制备自立电极的方法、包含该电极的膜电极组件
KR20090062108A (ko) * 2007-12-12 2009-06-17 현대자동차주식회사 고분자 전해질 연료전지용 막전극접합체 및 이의 제조방법
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
CN102769141A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法
CN108091887A (zh) * 2016-11-22 2018-05-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN110890553A (zh) * 2019-11-21 2020-03-17 东风汽车集团有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1983686A (zh) * 2005-12-14 2007-06-20 大连新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极制备方法
CN100486006C (zh) * 2005-12-14 2009-05-06 大连新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极制备方法
CN101000963A (zh) * 2006-01-13 2007-07-18 上海清能燃料电池技术有限公司 一种燃料电池膜电极的制作方法
CN101038968A (zh) * 2007-04-27 2007-09-19 新源动力股份有限公司 催化层支撑质子交换膜燃料电池复合膜电极及其制备方法
CN101453021A (zh) * 2007-12-04 2009-06-10 韩华石油化学株式会社 使用燃料电池用电极催化剂的多孔载体制备自立电极的方法、包含该电极的膜电极组件
KR20090062108A (ko) * 2007-12-12 2009-06-17 현대자동차주식회사 고분자 전해질 연료전지용 막전극접합체 및 이의 제조방법
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
CN102769141A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法
CN108091887A (zh) * 2016-11-22 2018-05-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN110890553A (zh) * 2019-11-21 2020-03-17 东风汽车集团有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
崔丽瑞，等: "碳纳米管添加剂对质子交换膜燃料电池低铂载量膜电极性能的影响研究", 《化学学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112786905A (zh) * 2021-01-27 2021-05-11 浙江高成绿能科技有限公司 一种燃料电池用催化层、膜电极及其制备方法
CN113991125A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 一汽解放汽车有限公司 一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料及其制备方法和应用
CN114204049A (zh) * 2021-12-03 2022-03-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种低铂载量质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN114204049B (zh) * 2021-12-03 2023-11-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种低铂载量质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN114639831A (zh) * 2022-04-26 2022-06-17 中汽创智科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极的多孔催化层及其制备方法和应用
CN114639831B (zh) * 2022-04-26 2024-05-31 中汽创智科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极的多孔催化层及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111584880B (zh) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. A review of the performance and analysis of proton exchange membrane fuel cell membrane electrode assemblies
US10454122B2 (en) Reinforced electrode assembly
Chi et al. Tuning hydrophobic-hydrophilic balance of cathode catalyst layer to improve cell performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by mixing polytetrafluoroethylene (PTFE)
CN111584880B (zh) 一种低铂质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法
CN111009666A (zh) 一种双层微孔层式气体扩散层制备方法
CN101557001B (zh) 一种燃料电池膜电极及其制备方法
CN101942672B (zh) 一种聚合物电解质膜电极的制备方法
CN111092230A (zh) 一种质子交换膜燃料电池的催化剂浆料及其应用
CN111129529B (zh) 共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极及其制备方法
Santamaria et al. Improvement in the performance of low temperature H2–O2 fuel cell with chitosan–phosphotungstic acid composite membranes
JP2017525105A (ja) 膜電極アセンブリ
US9780399B2 (en) Electrode assembly with integrated reinforcement layer
CN110289420A (zh) 一种pem燃料电池膜电极的制备方法
CN114420955B (zh) 一种改善质子交换膜燃料电池阴极催化层水管理的膜电极制备方法及用途
CN101000963A (zh) 一种燃料电池膜电极的制作方法
CN102769141A (zh) 一种质子交换膜燃料电池的膜电极组件及其制备方法
CN1853296A (zh) 用于直接甲醇燃料电池的膜电极单元及其制造方法
KR20180058571A (ko) 그래핀폼을 포함하는 가스유로/가스확산층 복합 기능 연료전지용 부재
CN113555568A (zh) 一种膜电极及其制备方法
CN113113617A (zh) 一种膜电极、燃料电池气体扩散层及其制备方法
CN1697217A (zh) 具有水调节能力的膜电极及制备方法
JP2016181488A (ja) 燃料電池用電極、燃料電池用膜電極複合体および燃料電池
KR101312971B1 (ko) 불소계 이오노모를 이용하여 표면 개질한 탄화수소계 고분자 전해질 분리막, 막 전극 접합체 및 연료전지
KR100689105B1 (ko) 캐필러리 공정을 이용한 연료전지의 촉매층 제조 방법
CN114566653B (zh) 一种非均匀催化剂层、膜电极及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant