CN111697237B - 一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法。所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到，所述的抗反极活性物质的悬浊液由抗反极活性物质和溶剂组成，所述的抗反极活性物质的悬浊液的pH为6‑7，所述的抗反极活性物质为含有铱或钌的单质、含有铱或钌的单质氧化物或含有铱或钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％。本发明在保证膜电极抗反极能力的同时，可进一步减少贵金属活性物质的添加量，降低成本，在制备过程中抗反极活性物质可与膜电极中其他添加剂一同加入，不额外增加涂覆过程，适合大面积膜电极的制备。

Description

一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法。
背景技术
燃料电池电堆在实际工作过程中会由于气体传输受阻而引起反极现象的出现。而长时间的反极会导致膜电极性能不可逆的衰减，影响电堆的能量输出。为了保证膜电极的稳定运行，提高膜电极材料在高氧化电位下的稳定性是提高膜电极抗反极能力的有效途径。
目前在抗反极膜电极的研究中，研究人员一般通过向催化剂和膜电极中加入适量的抗反极活性物质，如析氧催化剂来提升抗反极能力。专利CN 110534780 A中提到了将铱等物质调配成墨水后涂覆在半成品膜电极的四周，此方法可以增强膜电极四周的稳定性，但膜电极中心区域缺乏水分解催化剂，因此会影响其抗反极能力。
专利CN 110783579 A提到了向膜电极气体扩散层以及微孔层中添加析氧催化剂前驱体的方法。该方法可以实现膜电极气体扩散层中析氧催化剂的均匀分布，但制备过程中须使用高温处理过程(200℃-700℃)，这一高温处理过程会影响气体扩散层以及微孔层的结构，如导致微孔层中有机粘结剂的分解，进而造成膜电极传质能力或导电性的下降。由此可见目前的研究虽然能局部提升膜电极的抗反极能力，但所使用的添加析氧催化剂或制备催化层的方法会使制备工艺更加复杂，且采用的高温处理过程也不利于膜电极性能的保持，因此需要开发简单易行的，同时可保证膜电极输出功率以及抗反极能力的制备工艺。
发明内容
本发明提供了一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法，使用本发明提出的制备方法得到的膜电极克服了传统方法中抗反极活性物质在催化层中分布不均的缺点，使该活性物质在催化剂墨水中可长时间均匀分布，因此能保证在催化层中的均一性。受益于这种均一性，在保证膜电极抗反极能力的同时，可进一步减少贵金属活性物质的添加量，降低成本。在制备过程中抗反极活性物质可与膜电极中其他添加剂一同加入，不额外增加涂覆过程，适合大面积膜电极的制备。
本发明的目的是提出了一种用于燃料电池的抗反极膜电极，所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到，所述的抗反极活性物质的悬浊液由抗反极活性物质和溶剂组成，所述的抗反极活性物质的悬浊液的pH为6-7，所述的抗反极活性物质为含有铱或钌的单质、含有铱或钌的单质氧化物或含有铱或钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％。
本发明得到的抗反极活性物质(析氧催化剂)的悬浊液中只含有铱钌氧化物纳米材料以及相应的溶液，不含其他杂质离子，因此不会污染催化剂墨水，悬浊液pH为7左右，不会对催化剂墨水中的质子交换树脂如Nafion造成不利影响，有利于保证膜电极性能。
优选地，所述的溶剂选自纯水、乙醇和异丙醇中的一种以上。
优选地，所述的抗反极活性物质的悬浊液中抗反极活性物质的浓度为1～100mg/mL，所述的抗反极活性物质的尺寸为0.8-200nm。
优选地，所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到的具体步骤为：取铂碳催化剂，依次加入纯水和异丙醇，其中铂碳催化剂与纯水、异丙醇的质量比为1:5:20，再加入质量分数为5％的Nafion乳液混合均匀得到催化剂墨水，再加入所述的抗反极活性物质的悬浊液混合均匀涂覆后烘干制备得到。
本发明还保护上述的用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，包括如下步骤：
(1)将碱金属碳酸盐与贵金属前驱体混合，在750℃-1000℃下烧结3-15h，将烧结后得到的样品制备为修饰电极，将修饰电极加入到0.1-0.5M的酸性溶液中，施加阴极电位对烧结后的样品进行处理，得到处理后的酸性溶液；
(2)将步骤(1)得到的处理后的酸性溶液离心分离得到抗反极活性物质，使用纯水、乙醇溶液或异丙醇溶液分散所得抗反极活性物质，形成含有抗反极活性物质的悬浊液，抗反极活性物质的浓度为1～100mg/mL；
(3)取铂碳催化剂，加入水、异丙醇、离子导电树脂制成催化剂墨水，将步骤(2)得到的含有抗反极活性物质的悬浊液加入催化剂墨水中，冰水浴下超声搅拌25-40min得到含有抗反极活性物质的催化剂墨水，随后将含有抗反极活性物质的催化剂墨水覆盖于质子交换膜或气体扩散层表面，得到用于燃料电池的抗反极膜电极。
本发明直接将抗反极活性物质(析氧催化剂)引入到催化剂墨水配制过程中提高了活性物质在膜电极三维尺度上的均一性，保证整个膜电极的抗反极能力。本发明没有采用直接将铱或钌活性物质的粉末加入催化剂墨水的方法，而是采用了将铱或钌活性物质的悬浊液加入催化剂墨水中，这是因为铱或钌等析氧催化剂的密度远大于商业碳载铂，在实际使用墨水过程中铱钌催化剂在溶剂中容易快速沉降，而铂碳催化剂则分布较均匀，因此会造成抗反极物质在底部富集，墨水上层活性物质浓度较低的现象，进而影响膜电极催化层中的抗反极物质分布的均一性。在大面积膜电极的制备中，随着涂覆时间的延长，抗反极物质分布的不均一性将更加明显。
本发明所采用的含有抗反极活性物质的悬浊液中，铱或钌的活性物质可以稳定悬浮一周的时间而不发生沉降，且使用的溶剂与配制催化剂墨水一致，抗反极活性物质不会因为溶剂性质的变化而影响在催化剂墨水中的均一性，因此使用这类催化剂墨水而制备的催化层可实现铱或钌催化剂在三维方向上的均匀分布。
优选地，步骤(1)所述的碱金属碳酸盐与贵金属前驱体的摩尔比为1:1-1:3，所述的碱金属选自锂、钠和钾中的一种。贵金属前驱体优选为氯铱酸铵或三氧化钌。
优选地，步骤(1)所述的将烧结后得到的样品制备为修饰电极的具体步骤为：将烧结后得到的样品中加入纯水、乙醇和Nafion乳液，分散均匀后涂覆于石墨片表面，其中烧结后得到的样品与纯水的质量比为1:10，纯水、乙醇和Nafion乳液的体积比为1:3:0.04，Nafion乳液的质量分数为5％。
优选地，步骤(1)所述的将修饰电极加入到0.1-0.5M的酸性溶液中，施加阴极电位对烧结后的样品进行处理，得到处理后溶液具体步骤为：将涂覆有活性物质的石墨片插入浓度为0.1-0.5M的酸性溶液中，对电极为铂片，室温下施加-1～0V电位极化0.5-2小时，得到处理后溶液。酸性溶液优选为硫酸溶液。
优选地，步骤(3)所述的具体步骤为：取铂碳催化剂，依次加入纯水、异丙醇、离子导电树脂，再加入质量分数为5％的Nafion乳液混合均匀得到催化剂墨水，催化剂墨水中Nafion的质量分数为20％，铂碳催化剂、水、异丙醇的质量比为1:5:20，将步骤(2)得到的含有抗反极活性物质的悬浊液加入催化剂墨水中，超声20-40分钟得到均匀分散的含有抗反极活性物质的催化剂墨水，随后采用涂覆或喷涂方法将含有抗反极活性物质的催化剂墨水涂覆于质子交换膜或气体扩散层表面，得到用于燃料电池的抗反极膜电极，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明直接将抗反极活性物质引入到催化剂墨水配制过程中提高了活性物质在膜电极三维尺度上的均一性，保证整个膜电极的抗反极能力。具体优点在于，本发明没有采用直接将铱钌活性物质的粉末加入催化剂墨水的方法，而是采用了铱钌活性物质的悬浊液，这是因为铱钌等析氧催化剂的密度远大于商业碳载铂，在实际使用墨水过程中铱钌催化剂在溶剂中容易快速沉降，而铂碳催化剂则分布较均匀，因此会造成抗反极物质在底部富集，墨水上层活性物质浓度较低的现象，进而影响膜电极催化层中的抗反极物质分布的均一性。在大面积膜电极的制备中，随着涂覆时间的延长，抗反极物质分布的不均一性将更加明显。
2、本发明所采用的悬浊液中，铱钌活性物质可以稳定悬浮一周的时间而不发生沉降，且使用的溶剂与配制催化剂墨水一致，抗反极活性物质不会因为溶剂性质的变化而影响在催化剂墨水中的均一性，因此使用这类催化剂墨水而制备的催化层可实现铱钌催化剂在三维方向上的均匀分布。
3、本发明得到的抗反极活性物质(析氧催化剂)的悬浊液中只含有铱钌氧化物纳米材料以及相应的溶液，不含其他杂质离子，因此不会污染催化剂墨水；悬浊液pH为7左右，不会对催化剂墨水中的质子交换树脂如Nafion造成不利影响，有利于保证膜电极性能。
4、本发明提出的方法无需增加膜电极涂覆步骤，只需将活性物质的悬浊液与膜电极所需的其他添加剂一同加入，按传统的膜电极制备工艺形成膜电极即可，因此制备过程更为简便，易于大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的抗反极活性物质(铱基化合物)悬浊液的紫外可见光谱图；
图2为本发明实施例1制备得到的抗反极活性物质悬浊液中铱基化合物的透射电镜图片；
图3为本发明实施例1制备得到的抗反极活性物质(铱基化合物)的溶液的沉降特性；
图4为本发明实施例1制备得到的膜电极反极前后电池功率对比与对比例1膜电极反极前后电池功率对比图；
图5为本发明制备抗反极膜电极的流程图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
实施例1
一种用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，包括如下步骤：
(1)取0.01mol的氯铱酸铵颗粒加入0.02mol的碳酸锂粉末，混合均匀后置于马弗炉中空气气氛下，750℃烧结3h，取烧结后得到的粉末0.1g，依次加入1mL纯水、3mL乙醇和40μL质量分数为5％的Nafion乳液，分散均匀后涂覆于石墨片表面，将修饰电极(涂覆有铱活性物质的石墨片)插入浓度为0.5M的硫酸溶液中，对电极为铂片，室温下施加-1V电位极化0.5h，得到处理后的硫酸溶液；
(2)随后将处理后的硫酸溶液在10000r/min的转速下离心分离0.5h，得到铱活性物质(析氧催化剂)，使用纯水洗涤并分散后形成含有铱活性物质的浅蓝色悬浊液，悬浊液中铱活性物质的浓度为100mg/mL；
(3)取商业铂碳催化剂，按传统制备工艺依次加入纯水、异丙醇，其中商业铂碳催化剂与纯水、异丙醇的质量比为1:5:20，再加入质量分数为5％的Nafion乳液混合均匀得到催化剂墨水，催化剂墨水中Nafion的质量分数为20％，随后取步骤(2)中得到的浅蓝色悬浊液加入到催化剂墨水中，冰水浴下超声30min后将催化剂墨水喷涂于商业碳纸表面，烘干后得到抗反极膜电极，铱活性物质在膜电极中含量为5％。
膜电极的反极测试条件为：50℃，0.5A/cm2电流密度下，将阳极氢气转换为氮气，随后极化30min，测定前后电池单位输出功率的变化。
如图1所示，紫外可见光谱测试表明铱活性物质为铱的氧化物。如图2所示，悬浊液中的铱纳米颗粒呈现薄片状结构。图3为采用本实施例得到的铱氧化物纳米材料以纯水为溶剂的悬浊液以及商业氧化铱在纯水中的沉降特性，由图3可明显看出静置半小时后，商业氧化铱纳米颗粒已经沉降到了纯水底部，而本实施例得到的纳米材料还悬浮于纯水中，体现了该材料良好的分散性。电化学测试表明铱二维纳米材料中铱的质量活性为商业氧化铱的4倍。如图4所示的电池功率变化表明，在反极前后电池的单位功率仅下降了25mW，充分表明了本实施例得到的膜电极的抗反极性能。
对比例1
对比例与实施例1的区别在于，膜电极制备过程不加入抗反极材料的溶液，其余测试条件与实施例1完全相同。
如图3所示，图3的反极前后的功率变化表明，电池不加入抗反极材料性能从650mW/cm2下降到了510mW/cm2以下，性能衰减了140mW，对比例1的性能衰减量明显高于实施例1。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)氯铱酸铵与碳酸锂的摩尔比为1:1，烧结条件为烧结温度1000℃烧结15小时，阴极极化电位为-0.5V下进行1h，随后铱活性物质浓度为50mg/mL；步骤(3)中铱活性物质在膜电极中含量为15％。
其余步骤与测试方法均和实施例1完全一致。抗反极测试表明，本实施例得到的膜电极在反极后电池的单位功率仅仅下降了13mW。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)氯铱酸铵与碳酸锂的摩尔比为1:3，烧结条件为烧结温度900℃烧结12h，硫酸电解质浓度为0.1M，阴极极化电位为0V下进行2h，步骤(2)中采用乙醇与水的混合溶液，其中水与乙醇的体积比为1:1，配制铱的悬浊液浓度为1mg/mL；步骤(3)中铱活性物质在膜电极中质量分数为1％。
其余步骤与测试方法均和实施例1完全一致。抗反极测试表明，本实施例得到的膜电极在反极后电池的单位功率下降了77mW，电极的性能仍优于对比例1。
实施例4
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中采用三氯化钌与碳酸锂混合，摩尔比为1：1，烧结条件为烧结温度1000℃烧结15h，硫酸电解质浓度为0.25M；步骤(2)中采用异丙醇与水的混合溶液，其中异丙醇与水的体积比为1:1，配制钌活性物质的悬浊液浓度为100mg/mL。
其余步骤与测试方法均和实施例1完全一致。抗反极测试表明，本实施例得到的膜电极在反极后电池的单位功率仅下降了36mW。
实施例5
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中采用氯铱酸铵与碳酸钠混合，氯铱酸铵与碳酸钠的摩尔比为1:2，烧结条件为烧结温度750℃烧结15h，硫酸电解质浓度为0.25M，阴极极化电位为-0.5V下进行1h；步骤(2)中采用异丙醇与水的混合溶液，其中异丙醇与水的体积比为1:1，配制钌活性物质的悬浊液浓度为50mg/mL，步骤(3)中冰水浴下超声25min后将催化剂墨水涂敷于质子交换膜表面。其余步骤与测试方法均和实施例1完全一致。
实施例6
与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中采用氯铱酸铵与碳酸钾混合，氯铱酸铵与碳酸钾的摩尔比为1:2，烧结条件为烧结温度750℃烧结15h，硫酸电解质浓度为0.25M，阴极极化电位为-0.5V下进行1h；步骤(2)中采用异丙醇与水的混合溶液，其中异丙醇与水的体积比为1:1，配制钌活性物质的悬浊液浓度为50mg/mL，步骤(3)中冰水浴下超声40min后将催化剂墨水涂敷于质子交换膜表面。其余步骤与测试方法均和实施例1完全一致。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池的抗反极膜电极，其特征在于，所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆于质子交换膜或气体扩散层表面后烘干制备得到，所述的抗反极活性物质的悬浊液由抗反极活性物质和溶剂组成，所述的抗反极活性物质的悬浊液的pH为6-7，所述的抗反极活性物质为含有铱或钌的单质、含有铱或钌的氧化物或含有铱或钌的氢氧化物的纳米材料催化剂，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％；所述的抗反极活性物质的悬浊液由如下步骤制备得到：将碱金属碳酸盐与贵金属前驱体混合，在750℃-1000℃下烧结3-15h，将烧结后得到的样品制备为修饰电极，将修饰电极加入到0.1-0.5M的酸性溶液中，施加阴极电位对烧结后的样品进行处理，得到处理后的酸性溶液；将处理后的酸性溶液离心分离得到抗反极活性物质，使用纯水、乙醇溶液或异丙醇溶液分散所得抗反极活性物质，形成含有抗反极活性物质的悬浊液。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的抗反极膜电极，其特征在于，所述的溶剂选自纯水、乙醇和异丙醇中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的抗反极膜电极，其特征在于，所述的抗反极活性物质的悬浊液中抗反极活性物质的浓度为1～100mg/mL，所述的抗反极活性物质的尺寸为0.8-200nm。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的抗反极膜电极，其特征在于，所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到的具体步骤为：取铂碳催化剂，依次加入纯水和异丙醇，其中铂碳催化剂与纯水、异丙醇的质量比为1:5:20，再加入质量分数为5％的Nafion乳液混合均匀得到催化剂墨水，再加入所述的抗反极活性物质的悬浊液混合均匀涂覆于质子交换膜或气体扩散层表面后烘干制备得到。
5.权利要求1所述的用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碱金属碳酸盐与贵金属前驱体混合，在750℃-1000℃下烧结3-15h，将烧结后得到的样品制备为修饰电极，将修饰电极加入到0.1-0.5M的酸性溶液中，施加阴极电位对烧结后的样品进行处理，得到处理后的酸性溶液；
(2)将步骤(1)得到的处理后的酸性溶液离心分离得到抗反极活性物质，使用纯水、乙醇溶液或异丙醇溶液分散所得抗反极活性物质，形成含有抗反极活性物质的悬浊液，所述的悬浊液中抗反极活性物质的浓度为1～100mg/mL；
(3)取铂碳催化剂，加入水、异丙醇、离子导电树脂制成催化剂墨水，将步骤(2)得到的含有抗反极活性物质的悬浊液加入催化剂墨水中，混合搅拌均匀得到含有抗反极活性物质的催化剂墨水，随后将含有抗反极活性物质的催化剂墨水覆盖于质子交换膜或气体扩散层表面，得到用于燃料电池的抗反极膜电极。
6.根据权利要求5所述的用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱金属碳酸盐与贵金属前驱体的摩尔比为1:1-1:3，所述的碱金属选自锂、钠和钾中的一种。
7.根据权利要求5或6所述的用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的将烧结后得到的样品制备为修饰电极的具体步骤为：将烧结后得到的样品中加入纯水、乙醇和Nafion乳液，分散均匀后涂覆于石墨片表面，其中烧结后得到的样品与纯水的质量比为1:10，纯水、乙醇和Nafion乳液的体积比为1:3:0.04，Nafion乳液的质量分数为5％。
8.根据权利要求5或6所述的用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的将修饰电极加入到0.1-0.5M的酸性溶液中，施加阴极电位对烧结后的样品进行处理，得到处理后溶液具体步骤为：将涂覆有活性物质的石墨片插入浓度为0.1-0.5M的酸性溶液中，对电极为铂片，室温下施加-1～0V电位极化0.5-2小时，得到处理后溶液。
9.根据权利要求5所述的用于燃料电池的抗反极膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体步骤为：取铂碳催化剂，依次加入纯水、异丙醇、离子导电树脂，再加入质量分数为5％的Nafion乳液混合均匀得到催化剂墨水，催化剂墨水中Nafion的质量分数为20％，铂碳催化剂、水、异丙醇的质量比为1:5:20，将步骤(2)得到的含有抗反极活性物质的悬浊液加入催化剂墨水中，超声20-40分钟得到均匀分散的含有抗反极活性物质的催化剂墨水，随后采用涂覆或喷涂方法将含有抗反极活性物质的催化剂墨水涂覆或喷涂于质子交换膜或气体扩散层表面，得到用于燃料电池的抗反极膜电极，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114520343B (zh) * 2020-11-19 2023-11-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种质子交换膜燃料电池抗反极催化剂及其制备方法
CN112838224B (zh) * 2021-01-25 2022-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种质子交换膜燃料电池膜电极抗反极添加剂及其制备方法
CN113178582A (zh) * 2021-03-26 2021-07-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种质子交换膜燃料电池抗反极PtIr/CNT催化剂及其制备方法
CN113437317B (zh) * 2021-06-24 2022-01-28 国家电投集团氢能科技发展有限公司 一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法
CN113629255B (zh) * 2021-06-29 2022-09-13 东风汽车集团股份有限公司 一种电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用
CN113690451B (zh) * 2021-07-30 2023-03-31 东风汽车集团股份有限公司 一种抗反极气体扩散层及其制备方法和应用
CN113629265A (zh) * 2021-08-09 2021-11-09 合肥工业大学 一种质子交换膜燃料电池用MXene基阳极抗反极催化剂的制备方法
CN113745545A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 上海氢晟新能源科技有限公司 一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法
CN113871629B (zh) * 2021-09-28 2024-03-29 中汽创智科技有限公司 一种抗反极催化剂、其制备方法及应用
CN114864968B (zh) * 2022-04-06 2024-04-16 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110534780A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416553B (zh) * 2019-07-26 2023-12-01 奇瑞商用车（安徽）有限公司 质子膜燃料电池催化剂及其制备方法和燃料电池系统
CN110783579B (zh) * 2019-11-05 2021-06-11 上海骥翀氢能科技有限公司 一种气体扩散层及其制备方法和用途

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110534780A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

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