CN114583192A - 形成电极的组合物、电极、制造电极的方法、膜-电极组件和燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形成电极的组合物、电极、制造电极的方法、膜‑电极组件和燃料电池。用于形成燃料电池的电极的组合物包含复合载体、活性金属颗粒和混合溶剂，所述复合载体包括球形载体和纤维形载体，所述活性金属颗粒负载在复合载体上，所述混合溶剂包含水、醇溶剂和有机溶剂。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月1日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2020-0165422的优先权和权益，并通过引用将其全文并入本文。
技术领域
本申请涉及用于形成燃料电池的电极的组合物、电极、制造电极的方法、膜-电极组件和燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种装配有发电系统的电池，所述发电系统直接将化学反应能(例如氢气和烃类燃料材料(例如甲醇、乙醇和天然气)中包含的氧气的氧化/还原反应)转化为电能，并且由于高能量效率、环境友好和低污染排放，燃料电池作为可以替代化石能源的下一代清洁能源而备受关注。
这种燃料电池可以通过堆积单元电池而具有堆叠构造，并产生较宽的输出范围，并且还表现出为小型锂电池的约4倍至约10倍的能量密度，因此其作为小型便携式电源而受到关注。
在燃料电池中，本质上产生电能的堆叠具有堆积数个至数十个单元电池的结构，所述单元电池由膜-电极组件(MEA)和隔膜(也称为双极板)组成，其中膜-电极组件的结构具有分别在电解质膜的两侧形成的氧化电极(阳极或燃料电极)和还原电极(阴极或空气电极)。
根据电解质的状态和类型，燃料电池可以分为碱性电解质燃料电池、聚合物电解质燃料电池(PEMFC)等，并且聚合物电解质燃料电池具有低于约100℃的低工作温度、快速启动和响应特性、优异的耐久性等，因此其作为便携式电源、车辆电源和家用电源而备受关注。
聚合物电解质燃料电池的代表性示例可以包括使用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)、使用液体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)等。
聚合物电解质燃料电池中发生的反应概括为：向氧化电极供应燃料(例如氢气)，并在氧化电极通过氢气的氧化反应产生质子(H+)和电子(e-)。所产生的质子通过聚合物电解质膜转移到还原电极，并且所产生的电子通过外电路转移到还原电极。在还原电极处，供应氧气，并且使氧气与质子和电子结合，通过氧气的还原反应产生水。
然而，这种燃料电池具有由催化剂的洗脱和再沉淀或者负载催化剂的载体的腐蚀而导致的性能变差的问题。
发明内容
一个实施方案提供了一种用于形成燃料电池的电极的组合物，所述组合物能够确保电极的厚度、改善传质能力、提高电池输出、在形成电极时改善着火稳定性并简化工艺。
另一个实施方案提供了一种使用用于形成电极的组合物制造电极的方法。
另一个实施方案提供了一种使用用于形成电极的组合物制造的电极。
另一个实施方案提供了一种包括电极的膜-电极组件。
另一个实施方案提供了一种包括膜-电极组件的燃料电池。
根据实施方案，用于形成燃料电池的电极的组合物包含复合载体、活性金属颗粒和混合溶剂，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体，所述活性金属颗粒负载在复合载体上，所述混合溶剂包含水、醇溶剂和有机溶剂。
基于复合载体的总重量，用于形成电极的组合物可以包含约70重量％至约95重量％的球形载体和约5重量％至约30重量％的纤维形载体。
球形载体可以包括炭黑(例如超导电乙炔炭黑、科琴黑、乙炔黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑或其组合)或石墨。
纤维形载体可以包括碳纳米纤维、石墨化碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米线或其组合。
基于混合溶剂的总重量，用于形成电极的组合物可以包含约25重量％至约70重量％的水、约25重量％至约70重量％的醇溶剂和约5重量％至约10重量％的有机溶剂。
醇溶剂可以具有基于1的水极性的约0.6至约0.7的相对极性，和约80℃至约90℃的沸点。
醇溶剂可以包括1-丙醇、2-丙醇、乙醇、丙酮或其组合。
有机溶剂可以具有基于1的水极性的约0.3至约0.4的相对极性，和大于或等于约200℃的沸点。
有机溶剂可以包括N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜或其组合。
根据本申请的另一个实施方案，制造用于燃料电池的电极的方法包括制备上述用于形成电极的组合物，和涂覆所述用于形成电极的组合物以制造电极。
根据本申请的另一个实施方案，燃料电池的电极包含复合载体、负载在所述复合载体上的活性金属颗粒和与所述复合载体混合的离聚物，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体，所述离聚物包含约2nm至约20nm的第一孔隙、约100nm至约300nm的第二孔隙和约0.5μm至约1μm的第三孔隙。
根据本申请的另一个实施方案，膜-电极组件包括彼此面对的阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的离子交换膜，其中阳极、阴极或两者为前述电极。
本申请的另一个实施方案提供了一种包括前述膜-电极组件的燃料电池。
根据本申请的实施方案的用于形成燃料电池的电极的组合物可以通过确保电极的厚度来提高电池输出、改善传质能力、在形成电极时改善着火稳定性并简化工艺。
附图说明
图1为示意性地显示根据本申请的实施方案的膜-电极组件的横截面图。
图2、图3和图4为显示确定实验实施例2中的每种载体和溶剂的分散性的结果的照片。
图5和图6为对比实施例1和实施例1的电极的显微图像照片。
图7为显示实施例1和对比实施例1的电极性能的测量结果的图表。
具体实施方式
通过后文参考附图描述的实施方案，本申请的优点和特征以及实现本申请的方法将变得明显。然而，实施方案不应解释为限制于本文所阐述的实施方案。除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。除非另有明确定义，否则通用词典中定义的术语不应被理想地或夸大地解释。此外，除非明确地相反描述，否则术语“包括”和变化形式例如“包含”或“含有”应理解为意指包含所述元件，但是不排除任何其它元件。
此外，除非另有说明，否则单数包括复数。
应理解，当元件(例如层、薄膜、区域或基材)被称为在另一个元件“上”时，其可以直接在另一个元件上或者也可以存在介入元件。相反，当元件被称为“直接在另一个元件上”时，不存在介入元件。
根据实施方案，用于形成燃料电池的电极的组合物包含复合载体、活性金属颗粒、离聚物和混合溶剂，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体，所述活性金属颗粒负载在复合载体上，所述混合溶剂包含水、醇溶剂和有机溶剂。
主要用作活性金属颗粒的铂价格昂贵。为了减少铂的用量，当将具有优异的催化活性的铂基合金催化剂(例如，超低铂(0.1mg Pt/cm2))应用到电极时，电极变得非常薄，以致于传质能力和质子电导率可能变差。此处，难以改善低电流密度部分和高电流密度部分的性能。
因此，根据实施方案的用于形成电极的组合物包含复合载体，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体。换言之，当将纤维形载体引入到球形载体中时，可以确保电极中的孔隙结构，并且可以改善电导率。因此，确保了电极厚度和孔隙，并且提高了透气性，因此，可以最大化超低铂膜-电极组件的性能。此外，通过改善电极的传质和电导率，可以改善系统额定输出范围的性能。
球形载体的直径可以为约10nm至约500nm，或例如约20nm至约100nm。纤维形载体的直径可以为约1nm至约100nm，或例如约5nm至约50nm。纤维形载体的长度可以为约5nm至约500nm，或例如约5nm至约50nm。
基于复合载体的总重量，复合载体可以包含约70重量％至约95重量％的球形载体和约5重量％至约30重量％的纤维形载体，例如约80重量％至约95重量％的球形载体和约20重量％至约5重量％的纤维形载体。当纤维形载体的含量小于约5重量％时，纤维形载体的引入可能无法影响电极孔隙的形成，而当其超过约30重量％时，由于用于形成电极的组合物中的固体含量增加，因此难以应用最佳含量的分散溶剂和离聚物，因此可能需要开发新的电极制造条件。
球形载体可以包括炭黑(例如超导电乙炔炭黑、科琴黑、乙炔黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑或其组合)或石墨。
纤维形载体可以包括碳纳米纤维、石墨化碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米线或其组合。
基于用于形成电极的组合物中不包括混合溶剂的固体的总重量，可以包含约20重量％至约80重量％，特别地约30重量％至约60重量％的复合载体。当复合载体的含量小于约20重量％时，可能难以为待负载的活性金属颗粒提供足够的面积，而当其超过约80重量％时，由于所负载的活性金属颗粒的数量较小，性能可能变差。
活性金属颗粒参与燃料电池的反应，并且可以使用任何可获得的催化剂，特别地，可以使用铂基催化剂。
铂基催化剂可以包括铂、钌、锇、铂-钌合金、铂-锇合金、铂-钯合金和铂-M合金，其中M为Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh、Ru或其混合物。
基于用于形成电极的组合物中不包括混合溶剂的固体的总重量，可以包含约20重量％至约80重量％，特别地约30重量％至约60重量％的活性金属颗粒。当活性金属颗粒的含量小于约20重量％时，活性可能减小，而当其超过约80重量％时，由于催化剂颗粒的团聚，活性面积可能降低，催化活性反而可能降低。
除了活性金属颗粒和复合载体之外，电极还可以包含离聚物，以提高电极的粘附力并传递质子。
作为离聚物，可以使用具有质子电导率的聚合物树脂，具体地，可以使用在侧链具有至少一个选自磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其衍生物的阳离子交换基团的聚合物树脂。
基于用于形成电极的组合物中不包括混合溶剂的固形物的总重量，可以包含约5重量％至约50重量％，例如约20重量％至约40重量％的离聚物。当离聚物的含量小于约5重量％时，由于离子电导率供应不足，电导率可能降低，因此电化学性能可能降低。当其超过约40重量％时，离聚物可能在电极中团聚，并且由于反应气体的渗透性降低，传质阻力可能增加，因此电化学性能可能变差。
如上所述，当引入复合载体以通过改善电极内的传质和电导率来改善燃料电池的额定输出范围的性能时，在通过现有电极形成方法制造膜-电极组件的过程中引入复合载体效果可能微不足道。
由于用于形成电极的组合物由负载有活性金属颗粒的载体、离聚物和溶剂形成，因此用于形成电极的组合物的分散度对电极的结构和性能具有显著影响。然而，由于包含复合载体的用于形成电极的组合物难以确保分散性和均匀分布，因此复合载体的效果微不足道。
因此，根据实施方案的用于形成电极的组合物包含混合溶剂，所述混合溶剂包含水、醇溶剂和有机溶剂。
醇溶剂主要用作用于形成电极的组合物的溶剂，因为其对于用作载体的碳材料具有优异的分散性。然而，醇溶剂是易燃溶剂，并且其在浆料处理装置中的着火稳定性较差。
因此，进一步添加水作为非易燃溶剂，从而可以改善浆料处理装置的着火稳定性，可以简化工艺，并且可以根据溶剂的挥发性影响电极结构的形成。
然而，由于复合载体在水中的分散性通常不足，因此当包含水和醇作为溶剂时，复合载体可能团聚。
因此，还向其加入有机溶剂，以改善复合载体的分散性。有机溶剂具有高沸点，并且当其应用于电极时，可以通过其缓慢干燥过程来控制电极的孔径，抑制催化剂和离聚物的颗粒团聚并改善催化剂和离聚物的分散性。
醇溶剂可以具有基于1的水极性的约0.6至约0.7的相对极性和约80℃至约90℃的沸点。当醇溶剂的相对极性和沸点在上述范围内时，在涂覆用于形成电极的组合物之后，醇溶剂可以快速蒸发，并在干燥电极的过程中挥发并形成孔隙，其中当使用具有不同沸点的溶剂时，可以形成具有不同尺寸的孔隙。
满足这些条件的醇溶剂可以包括1-丙醇、2-丙醇、乙醇、丙酮或其组合。
有机溶剂可以具有基于1的水极性的约0.3至约0.4的相对极性和大于或等于约200℃的沸点。当有机溶剂的相对极性和沸点在上述范围内时，取决于用于形成电极的组合物的分散性和涂覆品质，有机溶剂可影响催化剂层的形成，并可改善浆料分散性，以获得依据分散在用于形成电极的组合物中的离聚物的分布/尺寸而不同的燃料电池性能特性，并且，有机溶剂还具有像醇一样的高沸点，因此可以通过缓慢的挥发速率来控制电极的孔径。
满足这些条件的有机溶剂可以包括N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜或其组合。
基于混合溶剂的总重量，用于形成电极的组合物可以包含约25重量％至约70重量％的水、约25重量％至约70重量％的醇溶剂和约5重量％至约10重量％的有机溶剂，并且例如包含约30重量％至约50重量％的水、约50重量％至约70重量％的醇溶剂和约5重量％至约10重量％的有机溶剂。
当水的含量小于约25重量％时，可能难以改善用于形成电极的组合物的处理装置的着火稳定性，而当其超过70重量％时，碳材料在水中的分散性较差，并且用于形成电极的组合物的涂覆性质可能由于颗粒团聚而降低。当醇溶剂的含量小于约25重量％时，用于形成电极的组合物的分散性可能降低，而当其超过约70重量％时，难以改善着火稳定性，并且由于溶剂相对于水挥发较快，因此难以形成期望的电极孔隙结构。当有机溶剂的含量小于约5重量％时，改善用于形成电极的组合物的分散性的效果可能不足，而当其超过约10重量％时，由于离聚物和催化剂团聚，用于形成电极的组合物的颗粒尺寸增加，并且有机溶剂可能使催化剂中毒。
根据本申请的另一个实施方案的制造燃料电池的电极的方法包括制备根据实施方案的用于形成电极的组合物，和涂覆用于形成电极的组合物以制造电极。
首先，制备包含复合载体、活性金属颗粒、离聚物和混合溶剂的用于形成电极的组合物。
由于复合载体、活性金属颗粒、离聚物和混合溶剂中的每一个的描述与上述描述相同，因此将省略重复的描述。下文将主要描述使用这些材料制造电极的方法。
在将复合载体、活性金属颗粒和离聚物加入到混合溶剂中之后，通过选自超声分散、搅拌、三辊研磨、行星式搅拌、高压分散及其混合方法中的任一种分散方法制备用于形成电极的组合物。
可以分别混合复合载体和活性金属颗粒，或者可以混合负载有活性金属颗粒的复合载体。活性金属颗粒负载在球形载体和纤维形载体的每一种上的催化剂可商购获得，或者可以通过将活性金属颗粒负载在每一种复合载体上来制备。由于将活性金属颗粒负载在球形载体或纤维形载体上的方法是本领域公知的，因此将省略其详细描述，但是本领域技术人员可以容易地理解该方法。
然后，通过涂覆用于形成电极的组合物来制造电极。
电极的制造可以包括在离型膜上涂覆用于形成电极的组合物以制备电极，并进一步将电极转移至离子交换膜。然而，本申请不限于此，也可以在离子交换膜上直接涂覆用于形成电极的组合物，以形成电极。
当将用于形成电极的组合物涂覆在离型膜上时，可以连续地或间歇地将分散有活性材料的用于形成电极的组合物输送至涂覆机，然后在离型膜上直接涂覆至约10μm至约200μm的干燥厚度。
根据本申请的另一个实施方案的燃料电池的电极包含复合载体、负载在复合载体上的活性金属颗粒和与复合载体混合的离聚物，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体。
由于复合载体、活性金属颗粒和离聚物中的每一种的描述均与上述描述相同，因此将省略重复的描述。
由于使用包含复合载体和混合溶剂的用于形成电极的组合物制造电极，因此可以包含约2nm至约20nm的第一孔隙、约100nm至约300nm的第二孔隙和约0.5μm至约1μm的第三孔隙。
第一孔隙为约2nm至约20nm的介孔，并且其为在球形碳颗粒之间形成的孔隙。第二孔隙为约100nm至约300nm的大孔，并且其为在负载有活性金属颗粒的球形碳颗粒的团聚体之间形成的孔隙。第二孔隙充当传质的路径。
然而，第二孔隙本身可能不能确保原材料的平稳供应，因此，需要在高电流密度区域形成用于运送大量反应物并排出所产生的水的额外孔隙。第三孔隙可以具有约0.5μm至约1μm的尺寸，并且其通过使用纤维形载体和混合溶剂而形成。
换言之，在应用于电极时，由于有机溶剂的高沸点，能够通过缓慢的干燥过程控制电极的孔径，并且可以通过改善复合载体和离聚物的分布来抑制负载有活性金属颗粒的复合载体和离聚物的颗粒团聚。
此外，由于混合溶剂包含三种不同类型的溶剂，因此由于溶剂的蒸发温度差异而在电极中形成三种不同的孔径，从而获得用于传质的分散路径。
根据本申请的另一个实施方案的膜-电极组件包含彼此面对的阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的离子交换膜。选自阳极电极、阴极电极和两者的任何一种可以包含根据本申请的实施方案的电极。由于电极和制造电极的方法的描述均与上述描述相同，因此将省略重复的描述。
图1为示意性地示出膜-电极组件的横截面图。参考图1，膜-电极组件100包含离子交换膜50以及分别设置在离子交换膜50的两个表面上的电极20和20’。电极20和20’包含电极基材40和40’以及在电极基材40和40’的表面上形成的催化剂层30和30’。为了促进电极基材40和40’中的材料在电极基材40和40’与催化剂层30和30’之间扩散，可以进一步包含微孔层(未示出)，所述微孔层包含导电精细颗粒，例如碳粉末或炭黑。
在膜-电极组件100中，设置在离子交换膜50的一个表面上并发生从催化剂层30通过电极基材40转移的燃料产生质子和电子的氧化反应的电极20被称为阳极，设置在离子交换膜50的另一个表面上并发生从通过离子交换膜50供应的质子和从催化剂层30’通过电极基材40’转移的氧化剂产生水的还原反应的另一个电极20’被称为阴极。
阳极20和阴极20’的催化剂层30和30’包含根据本申请的实施方案的包含催化剂和离聚物的电极。
离子交换膜50包含离子导体。离子导体可以是具有阳离子交换基团(例如质子)的阳离子导体，或者具有阴离子交换基团(例如羟离子、碳酸根或碳酸氢根)的阴离子导体。
作为电极基材40和40’，可以使用多孔导电基材，从而可以平稳地供应氢气或氧气。其代表性示例可以包括碳纸、碳布、碳毡或金属线织物(由纤维状金属线织物组成的多孔薄膜或者在由聚合物纤维形成的织物的表面上形成的金属薄膜)，但不限于此。此外，可以使用氟基树脂对电极基材40和40’进行防水处理，因为其可以防止由于驱动燃料电池时产生的水导致的反应物扩散效率的降低。
可以根据常规膜-电极组件制造方法制造膜-电极组件100，除了使用根据本申请的电极作为阳极20或阴极20’。
根据本申请的另一个实施方案的燃料电池包含膜-电极组件。
下文示出了本申请的具体实施方案。然而，下文描述的实施例仅用于具体说明或解释本申请，并不限制本申请的范围。
实验实施例1：根据复合载体的比例进行的性能测量
将作为球形载体的炭黑(直径：0.1μm)和作为纤维形载体的碳纳米纤维(直径：0.1μm，长度：0.3μm至0.4μm)分别调节至10：0(样品1)、9.5：0.5(样品2)、9：1(样品3)和8：2(样品4)的重量比，以制造电极，并且将电极分别切割至需要的尺寸，然后转移到聚合物电解质膜的两侧，从而获得膜电极组件。使用燃料电池性能评估设备在350sccm的氢气、2500sccm的空气、65℃和1bar的条件下测量性能，结果显示在表1中。
表1
参考表1，根据纤维状载体的添加比例，存在改善传质区域中的性能(1.0A/cm2或更高的范围内)的效果，并且样品3(9：1)表现出约146mA/cm2的性能改善。
实验实施例2：根据载体和溶剂进行的分散性确认和粒径分析
分别使用碳纳米纤维(直径：0.1μm，长度：0.3μm至0.4μm)作为纤维形载体，使用炭黑(直径：0.1μm)作为球形载体，并使用包含两者的复合载体作为载体，此外，分别使用包含2-丙醇的醇溶剂的两类混合溶剂(醇溶剂：水＝1：1)，包含作为有机溶剂的10重量％的N-甲基-2-吡咯烷酮的三类混合溶剂(醇溶剂：水＝1：1，10重量％的有机溶剂)以及包含50重量％的有机溶剂的三类混合溶剂(醇溶剂：水＝1：1，50重量％的有机溶剂)作为溶剂，然后考察取决于载体和溶剂的分散性，结果显示在图2至图4中。
图2显示了使用纤维形载体作为载体的结果，图3显示了使用球形载体作为载体的结果，并且图4显示了使用复合载体作为载体的结果。
在图2至图4中，从左侧开始，每张照片相继显示了使用醇溶剂、水、两类混合溶剂、三类混合溶剂(10重量％的有机溶剂)和三类混合溶剂(50重量％的有机溶剂)的结果。
参考图2至图4，所有载体在水中的分散性均不足，但是在醇溶剂中表现出优异的分散性。在两类混合溶剂中，观察到轻度的由水造成的颗粒团聚。
然而，当向其中加入有机溶剂时，肉眼观察到分散性得到改善。
此外，表2汇总了每种载体和溶剂的粒径分析结果。
表2
参考表2，当使用包含10重量％的有机溶剂的三类混合溶剂时，除了纤维形载体，粒径均变小，从而改善了分散性。
换言之，当加入有机溶剂时，与醇溶剂、水和两类混合溶剂相比，颗粒的分散性得到改善。
然而，当加入50重量％的有机溶剂时，颗粒轻微团聚，粒径略微增加。
因此，在电极浆料工艺中使用三类混合溶剂控制了电极的孔隙，抑制了催化剂和离聚物的颗粒团聚，因此控制了离聚物的尺寸，改善了电极的性能。
实验实施例3：电极的显微图像观察
通过使用包含作为纤维形载体的碳纳米纤维(直径：0.1μm，长度：0.3μm至0.4μm)和作为球形载体的炭黑(直径：0.1μm)的复合载体和作为溶剂的包含10重量％的作为有机溶剂的N-甲基-2吡咯烷酮的三类混合溶剂来制造实施例1的电极。
通过使用与实施例1的复合载体相同的复合载体作为载体但使用两类混合溶剂(醇溶剂：水＝1：1)来制造对比实施例1的电极。
通过显微图像观察实施例1和对比实施例1的电极，结果显示在图5和图6中。
图5为对比实施例1的电极的显微图像，图6为实施例1的电极的显微图像。
参考图5和图6，由于有机溶剂的高沸点，通过缓慢的干燥过程控制了电极的孔径，并且催化剂和离聚物的分布得到改善。
此外，实施例1的电极包含约2nm至约20nm的第一孔隙、约100nm至约300nm的第二孔隙和约0.5μm至约1μm的第三孔隙。
实验实施例4：电极性能的测量
使用低温式PEMFC测试站测量在实验实施例3中制造的实施例1和对比实施例1的电极的电极性能，结果显示在图7中。
参考图7，对于实施例1的电极，混合溶剂还包含有机溶剂，因此改善了复合载体的分散性，并且当应用于电极时，与对比实施例1的电极相比，通过由有机溶剂的高沸点导致的缓慢干燥过程控制了电极的孔径，抑制了催化剂和离聚物的颗粒团聚，并且改善了催化剂/离聚物的分布，从而改善了电极性能。
尽管结合目前被视为实际的实施方案描述了本申请，但是应理解，本申请不限于所公开的实施方案。相反，本发明旨在覆盖包括在所述权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
Claims (13)
1.一种用于形成燃料电池的电极的组合物，所述组合物包含：
复合载体，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体；
活性金属颗粒，所述活性金属颗粒负载在复合载体上；以及
混合溶剂，所述混合溶剂包含水、醇溶剂和有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，基于复合载体的总重量，用于形成电极的组合物包含70重量％至95重量％的球形载体和5重量％至30重量％的纤维形载体。
3.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，球形载体包括炭黑或石墨，所述炭黑包括超导电乙炔炭黑、科琴黑、乙炔黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑或其组合。
4.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，纤维形载体包括碳纳米纤维、石墨化碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米线或其组合。
5.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，基于混合溶剂的总重量，用于形成电极的组合物包含25重量％至70重量％的水、25重量％至70重量％的醇溶剂和5重量％至10重量％的有机溶剂。
6.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，醇溶剂具有基于1的水极性的0.6至0.7的相对极性，和80℃至90℃的沸点。
7.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，醇溶剂包括1-丙醇、2-丙醇、乙醇、丙酮或其组合。
8.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，有机溶剂具有基于1的水极性的0.3至0.4的相对极性，和大于或等于200℃的沸点。
9.根据权利要求1所述的用于形成燃料电池的电极的组合物，其中，有机溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜或其组合。
10.一种制造燃料电池的电极的方法，所述方法包括：
制备根据权利要求1所述的用于形成电极的组合物；和
涂覆用于形成电极的组合物以制造电极。
11.一种燃料电池的电极，所述电极包含：
复合载体，所述复合载体包含球形载体和纤维形载体；
活性金属颗粒，所述活性金属颗粒负载在复合载体上；
与复合载体混合的离聚物，
所述离聚物具有2nm至20nm的第一孔隙、100nm至300nm的第二孔隙和0.5μm至1μm的第三孔隙。
12.一种膜-电极组件，所述膜-电极组件包含：
彼此面对的阳极和阴极；和
在阳极和阴极之间的离子交换膜，
其中，阳极、阴极或两者包含权利要求11所述的电极。
13.一种燃料电池，所述燃料电池包含根据权利要求12所述的膜-电极组件。
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