CN116404218A - 低界面阻抗高性能膜电极、制备方法及包含其的燃料电池 - Google Patents

低界面阻抗高性能膜电极、制备方法及包含其的燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低界面阻抗高性能膜电极、制备方法及包含其的燃料电池，包括第一气体扩散层、梯度化阳极催化层、质子交换膜、梯度化阴极催化层、第二气体扩散层；第一气体扩散层包括第一基底层及第一微孔层，梯度化阳极催化层包括负载于第一微孔层内的第一阳极催化层、热压转印于质子交换膜的第一表面的第二阳极催化层，所述第一阳极催化层与所述第二阳极催化层经热压工艺一体成型，第二气体扩散层包括第二基底层及第二微孔层，梯度化阴极催化层包括负载于第二微孔层内的第一阴极催化层、热压转印于质子交换膜第二表面的第二阴极催化层，所述第一阴极催化层与所述第二阴极催化层经热压工艺一体成型，减小了膜电极界面阻抗，提升膜电极的性能。

Description

低界面阻抗高性能膜电极、制备方法及包含其的燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种低界面阻抗高性能膜电极、制备方法及包含其的燃料电池。
背景技术
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心元件，其性能和成本极大程度上影响了电堆整体输出，目前降低成本和提升性能主要从改进膜电极材料和各结构本身的设计和优化出发，然而这只是制备合格膜电极的一个步骤，还应考虑各层级结构之间的接触界面。
膜电极的各层级结构之间都存在着一个接触界面，在膜电极的电化学反应过程中，需要满足气体燃料和水的连续输送，以及氢离子和电子的有效输送的要求，电化学反应产生的水需要立即通过碳纸排出，以避免催化层“水淹”。质子在质子交换膜和催化层界面间进行传输，电子和水气在催化层和微孔层界面间进行传输，因此各界面结构对膜电极影响极大。其中催化层和微孔层的界面又至关重要，微孔层和催化层界面的接触电阻比碳纸/双极板大一个数量级以上，甚至可与质子交换膜的离子电阻相媲美，如果催化层和微孔层界面较差会导致欧姆电阻急剧上升，并且，催化层和微孔层表面如果比较粗糙，界面之间会形成间隙，这会直接导致液态水在界面间隙之间积累，水的积累会直接阻止反应气体向活性位点传输从而影响传质。
目前通用的两种膜电极制造方法有两种，一种是GDE方法，GDE方法的利用催化剂在微孔层上直接沉积形成催化层，微孔层与催化层之间没有间隙，再将催化层被简单热压到质子交换膜上，催化层/质子交换膜界面阻力较大，严重影响到质子的传输；另一种是CCM方法，催化层通过热压的方法转印到质子交换膜上，质子交换膜与催化层结合良好，但气体扩散层只是简单的用胶粘或其它方法粘接在催化层或边框上，所以在催化层和气体扩散层之间界面存在明显的间隙；因此，急需一种膜电极来减小界面阻抗，改善燃料电池的水管理和传质。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极、制备方法及包含其的燃料电池，减小了膜电极界面阻抗，提升膜电极的性能。
为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极，包括第一气体扩散层、梯度化阳极催化层、质子交换膜、梯度化阴极催化层、第二气体扩散层；第一气体扩散层包括第一基底层及第一微孔层，梯度化阳极催化层包括经热压负载于第一微孔层内的第一阳极催化层、热压转印于质子交换膜的第一表面的第二阳极催化层，第二气体扩散层包括第二基底层及第二微孔层，梯度化阴极催化层包括经热压负载于第二微孔层内的第一阴极催化层、热压转印于质子交换膜第二表面的第二阴极催化层。
第二方面，本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，包括以下步骤：
S1.在第一聚四氟乙烯基层上刮涂阳极催化层浆料A，干燥后，得到带A涂层的第一聚四氟乙烯薄膜，在第二聚四氟乙烯基层上刮涂阴极催化层浆料B，干燥后，得到带B涂层的第二聚四氟乙烯薄膜；
S2.将质子交换膜夹设于第一聚四氟乙烯薄膜的A涂层与第二聚四氟乙烯薄膜的B涂层之间，并进行热压处理，再去除第一聚四氟乙烯基层及第二聚四氟乙烯基层，得到3CCM；
S3.在加热条件下，将第一碳纸与第二碳纸分别固定于真空吸附板上，将阳极催化层浆料C喷涂于第一碳纸的第一微孔层表面，得到负载有第一阳极催化层的第一气体扩散层，将阴极催化层浆料D喷涂于第二碳纸的第二微孔层表面，得到负载有第一阴极催化层的第二气体扩散层；
S4.将所述3CCM夹设于所述第一气体扩散层的带有第一阳极催化层的第一微孔层与所述第二气体扩散层的带有第一阴极催化层的第二微孔层之间，并进行热压处理，得到5CCM，即低界面阻抗高性能膜电极。
优选的，阳极催化层浆料A包括固含量为7-10wt％的催化剂A，催化剂A选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种；阳极催化层浆料C包括固含量为0.5-1.5wt％的催化剂C，催化剂C选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种。
优选的，阴极催化层浆料B包括固含量为7-10wt％的催化剂B，催化剂B选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂、非贵金属碳基催化剂中的一种；阴极催化层浆料D包括固含量为0.5-1.5wt％的催化剂D，催化剂D选自碳碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂、非贵金属碳基催化剂中的一种。
优选的，催化剂A中Pt的载量为50-60％，催化剂C中Pt的载量为30-40％。
优选的，催化剂B中Pt的载量为30-40％，催化剂D中Pt的载量为30-40％。
优选的，步骤S2中，热压的温度为125-175℃，热压的压力为1-5MPa。
优选的，步骤S4中，热压的温度为140-180℃，热压的压力为0.5-1MPa。
优选的，步骤S3中，加热的温度为40-90℃。
第三方面，本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极的燃料电池。
本申请的有益效果如下：
本发明制备过程中，利用催化层比微孔层平整的特点，将一部分催化层喷涂在微孔层上，其中一部分催化层可渗入到微孔层中，催化层和微孔层形成无缝界面，催化层/微孔层界面中无间隙，有利于减小界面阻抗，改善水管理和传质；另一部分催化层通过热压的方法转印到质子交换膜上，相比于将催化层喷涂在质子交换膜上，容易引起膜的溶胀、变形等问题，或将膜溶液沉积在催化层上导致催化层中活性位点被掩盖，通过热压转印的方法质子交换膜/催化层界面结合紧密，有利于减小界面阻抗，增强质子传导。
本申请喷涂在微孔层和转印在质子交换膜上的两部分催化层浆料配方不一样，喷涂的催化层使用Pt担载量低的催化剂和较低固含量的浆料配方，转印的催化层使用Pt担载量高的催化剂和较高固含量的浆料配方，两个催化层通过热压的方法结合后有利于形成靠近膜一侧反应剧烈的区域催化剂和nafion载量高，靠近微孔层一侧反应平缓的区域孔隙率高的梯度化膜电极，梯度化的膜电极可以提升质子传导和铂的利用率，改善水气传输。
本申请中的膜电极从质子膜到催化层再到微孔层，结构为梯度变化的，各个结构中有一个过渡，这有利于提升膜电极的性能；实施过程简单、快捷，可大批量生产。
附图说明
图1为实施例1及对比例1制备膜电极的极化(I-V)曲线；
图2为实施例1及对比例1制备膜电极的EIS电化学阻抗谱曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
术语解释
GDE法：催化剂负载在气体扩散层(GDL)上，再将带有催化层的GDL与质子膜热压形成膜电极；
CCM法：直接将催化剂负载到电解质膜上，形成催化剂覆盖的电解质膜，再与扩散层合成膜电极；
3CCM：3CCM包含CCM(质子交换膜)以及喷涂、热压等方式在正反两面的阴、阳极催化剂(其中CCM阴极喷涂阴极催化剂，CCM阳极喷涂阳极催化剂)；
5CCM：5CCM则包含3CCM以及分布在两面的PEN边框膜。
碳纸：由多孔、且非编织特性且具备大孔结构的碳基材组成，基材经过PTFE疏水处理后，涂布单层或多层的微孔层(MPL)，形成具有不同孔隙的多孔结构，形成同时具有基底层基层和微孔层的结构。
本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极，包括第一气体扩散层、梯度化阳极催化层、质子交换膜、梯度化阴极催化层、第二气体扩散层；第一气体扩散层包括第一基底层及第一微孔层，梯度化阳极催化层包括经热压负载于第一微孔层内的第一阳极催化层、热压转印于质子交换膜的第一表面的第二阳极催化层，所述第一阳极催化层与所述第二阳极催化层经热压工艺一体成型，第二气体扩散层包括第二基底层及第二微孔层，梯度化阴极催化层包括经热压负载于第二微孔层内的第一阴极催化层、热压转印于质子交换膜第二表面的第二阴极催化层，所述第一阴极催化层与所述第二阴极催化层经热压工艺一体成型。
本方案中，第一气体扩散层和梯度化阳极催化层有部分重叠，部分阳极催化层渗入到第一气体扩散层的微孔层中，即第一气体扩散层的第一微孔层与梯度化阳极催化层的第一阳极催化层重叠，第二气体扩散层和梯度化阴极催化层有部分重叠，即第二气体扩散层的第二微孔层与梯度化阳极催化层的第二阳极催化层重叠；可以理解的是，梯度化阳极催化层和梯度化阴极催化层均分为两部分，即喷涂在微孔层内的催化层和转印在质子交换膜上的催化层，微孔层内的催化层分别和对应的微孔层之间形成无缝界面，有利于减小界面阻抗，改善水管理和传质，而转印在质子交换膜上的催化层分别和对应的质子交换膜表面紧密结合，有利于减小界面阻抗，增强质子传导；从质子膜、梯度化阴极催化层、第二气体扩散层，结构为梯度式，各结构中均有过渡，有利于提升膜电极的性能，同理从质子膜、梯度化阳极催化层、第一气体扩散层，结构也为渐变式，有利于减小界面阻抗，增强质子传导，提高膜电极的性能。
本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，包括以下步骤：
S1.在第一聚四氟乙烯基层上刮涂阳极催化层浆料A，干燥后成型，得到带A涂层的第一聚四氟乙烯薄膜，在第二聚四氟乙烯基层上刮涂阴极催化层浆料B，干燥后成型，得到带B涂层的第二聚四氟乙烯薄膜；
S2.将质子交换膜夹设于第一聚四氟乙烯薄膜的A涂层与第二聚四氟乙烯薄膜的B涂层之间，三者叠放整齐并做好标记，并进行热压处理，再去除第一聚四氟乙烯基层及第二聚四氟乙烯基层，得到3CCM；质子交换膜为复合膜，其厚度为8-20μm；
S3.在加热条件下，将第一碳纸与第二碳纸分别固定于真空吸附板上，固定方式为真空吸附、粘接或夹具固定，将阳极催化层浆料C喷涂于第一碳纸的第一微孔层表面，干燥后，得到负载有第一阳极催化层的第一气体扩散层，将阴极催化层浆料D喷涂于第二碳纸的第二微孔层表面，干燥，得到负载有第一阴极催化层的第二气体扩散层；
S4.将所述3CCM夹设于所述第一气体扩散层的带有第一阳极催化层的第一微孔层与所述第二气体扩散层的带有第一阴极催化层的第二微孔层之间，即带催化层C的一面面向3CCM中带催化层A的一面，带催化层D的一面面向3CCM中带催化层B的一面，进行对称叠合放置后热压处理，得到5CCM，即低界面阻抗高性能膜电极。
利用上述方法制备的膜电极从质子膜到催化层再到微孔层，结构为梯度的，各个结构中有一个过渡，利用催化层比微孔层平整的特点，按照步骤S3将一部分催化层喷涂在微孔层上，经步骤S4的热压后，其中一部分催化层可渗入到微孔层中，催化层和微孔层形成无缝界面，催化层/微孔层界面中无间隙，有利于减小界面阻抗，改善水管理和传质，另一部分催化层通过热压的方法转印到质子交换膜上，相比于将催化层喷涂在质子交换膜上，容易引起膜的溶胀、变形等问题，或将膜溶液沉积在催化层上导致催化层中活性位点被掩盖，通过热压转印的方法质子交换膜/催化层界面结合紧密，有利于减小界面阻抗，增强质子传导，有利于提升膜电极的性能。
步骤S1中，聚四氟乙烯基层为切削成型的PTFE膜，其厚度为50-140μm；在一些实施例中，可通过改变浆料固含量、溶液比例、涂布厚度以及烘干温度可实现催化剂载量和孔隙率等的调节；上述刮涂过程中，使用自动刮涂涂布机，需仔细调节刮刀高度，垂直方向上距离PTFE平面的高度为30-150μm；上述刮涂过程中，刮刀前进速度为0.5-2cm/s，烘干方式为真空干燥，烘干温度为20-80℃，烘干时间为30min-120min。
步骤S2中，热压的夹具为硅胶垫或其它带柔性耐热的材料，将第一聚四氟乙烯薄膜、质子交换膜、第二聚四氟乙烯薄膜整齐叠放于热压的夹具中后进入平板热压机中进行热压；热压的温度为125-175℃，热压的压力为1-5MPa，热压结束后，趁热快速将第一聚四氟乙烯基层及第二聚四氟乙烯基层揭下。
催化剂浆料在步骤S3的喷涂、步骤S4的热压的过程中，一部分催化剂进入到气体扩散层微孔层中，同时催化层中的溶剂挥发，此时催化层和微孔层进行了无缝衔接；通过调整超声喷涂的频率、步进距离、工进速度及喷涂时间可实现催化层载量的调节，超声喷涂中超声功率为0.5-2.5W，进液速度为0.1-1.0mL/min；所用碳纸可以为SGL22BB商用碳纸，厚度为160μm-240μm，碳纸包括基底层及微孔层，经步骤S3处理后转变为膜电极的气体扩散层；干燥的方式为底板加热烘干，烘干温度为40-90℃。
步骤S4中，热压的夹具为硅胶垫或其它带柔性耐热的材料，，热压的温度为140-180℃，热压的压力为0.5-1MPa。
上述阳极催化层浆料A、阴极催化层浆料B、阳极催化层浆料C、阴极催化层浆料D除包括各自对应的催化剂外，还包括粘结剂、分散溶剂；优选的，阳极催化层浆料A、阴极催化层浆料B中催化剂、粘结剂、分散溶剂，该三种成分的质量比为1：(1-3)：(8-12)；优选的，阳极催化层浆料C、阴极催化层浆料D中催化剂、粘结剂、分散溶剂，该三种成分的质量比为1：(1-3)：(60-200)；优选的，分散溶剂为异丙醇、去离子水、乙醇、正丙醇中的至少一种；粘结剂选自全氟磺酸树脂溶液，它作为一种粘结剂并传导质子；步骤S1中，阳极催化层浆料A、阴极催化层浆料B分散的方式为恒温球磨，球磨时间为8-12h；步骤S3中，阳极催化层浆料C、阴极催化层浆料D分散的方式为超声冰浴中分散，分散时间30min-90min。
在一些实施例中，阳极催化层浆料A包括固含量为7-10wt％的催化剂A，催化剂A选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种；阳极催化层浆料C包括固含量为0.5-1.5wt％的催化剂C，催化剂C选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种。
在一些实施例中，阴极催化层浆料B包括固含量为7-10wt％的催化剂B，催化剂B选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂、非贵金属碳基催化剂中的一种；阴极催化层浆料D包括固含量为0.5-1.5wt％的催化剂D，催化剂D选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂、非贵金属碳基催化剂中的一种。
上述碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂所使用的碳载体选自碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；Pt合金的其它金属选自Ru、Sn、W、Mo、Os、Ni中的至少一种；阴极催化层浆料B、阴极催化层浆料D中选用非贵金属碳基催化剂时，非贵金属选自Fe、Co、Cu、Mn、Ni、Zn中的至少一种。
在一些实施例中，催化剂A中Pt的载量为50-60％，催化剂C中Pt的载量为30-40％；
在一些实施例中，催化剂B中Pt的载量为30-40％，催化剂D中Pt的载量为30-40％。
通过调整各催化剂浆料中的配方，使得喷涂的催化层使用Pt担载量低的催化剂和较低固含量的浆料配方，转印的催化层使用Pt担载量高的催化剂和较高固含量的浆料配方，两个催化层通过热压的方法结合后有利于形成靠近膜一侧反应剧烈的区域催化剂和nafion载量高，靠近微孔层一侧反应平缓的区域孔隙率高的梯度化膜电极，梯度化的膜电极可以提升质子传导和铂的利用率，改善水气传输。
本申请提供一种低界面阻抗高性能膜电极的燃料电池。
原料制备：
阳极催化层浆料A：称取1gPt/C催化剂，使用的Pt/C催化剂Pt担载量为60％，然后各加入3g水，待催化剂完全润湿后，加入4.2g正丙醇，然后再加入25wt％的nafion溶液1.6g，浆料配制完成后按球料比3:1加入球磨珠，加入球磨珠后将球磨罐放入球磨机中，将球磨制冷机温度开至5℃，球磨15h后将浆料取出；
阴极催化层浆料B：称取1gPt/C催化剂，使用的Pt/C催化剂Pt担载量为40％，然后各加入3g水，待催化剂完全润湿后，加入4.2g正丙醇，然后再加入25wt％的nafion溶液1.6g，浆料配制完成后按球料比3:1加入球磨珠，加入球磨珠后将球磨罐放入球磨机中，将球磨制冷机温度开至5℃，球磨15h后将浆料取出；
阳极催化层浆料C：称取0.5gPt/C催化剂，使用的Pt/C催化剂Pt担载量为60％，然后各加入20g水，待充分润湿后加入180g乙醇，然后再加入5wt％的nafion溶液1.2g，浆料配制完成后将催化剂浆料冰浴超声2h；
阴极催化层浆料D：称取0.5gPt/C催化剂，使用的Pt/C催化剂Pt担载量为40％，然后各加入20g水，待充分润湿后加入180g乙醇，然后再加入5wt％的nafion溶液1.2g，浆料配制完成后将催化剂浆料冰浴超声2h。
以下通过具体实施例对本方案进行进一步说明。
实施例1
一种低界面阻抗高性能膜电极，包括第一气体扩散层、梯度化阳极催化层、质子交换膜、梯度化阴极催化层、第二气体扩散层；第一气体扩散层包括第一基底层及第一微孔层，梯度化阳极催化层包括负载于第一微孔层内的第一阳极催化层、热压转印于质子交换膜的第一表面的第二阳极催化层，所述第一阳极催化层与所述第二阳极催化层经热压工艺一体成型，第二气体扩散层包括第二基底层及第二微孔层，梯度化阴极催化层包括负载于第二微孔层内的第一阴极催化层、热压转印于质子交换膜第二表面的第二阴极催化层，所述第一阴极催化层与所述第二阴极催化层经热压工艺一体成型，。
上述低界面阻抗高性能膜电极的制备方法如下：
S1.选择2张厚度为100μm的聚四氟乙烯(PTFE)膜作为基层材料，用自动涂布机进行涂布，刮刀前进速度调至1cm/s，在第一聚四氟乙烯基层上刮涂阳极催化层浆料A，A浆料将刮刀高度调至100μm，干燥温度调至60℃，烘干时间为60min后成型，得到带A涂层的第一聚四氟乙烯薄膜，在第二聚四氟乙烯基层上刮涂阴极催化层浆料B，B浆料将刮刀高度调至40μm，干燥温度调至60℃，烘干时间为60min后成型，得到带B涂层的第二聚四氟乙烯薄膜；
S2.将上述带A涂层的第一聚四氟乙烯薄膜和带B涂层的第二聚四氟乙烯薄膜均裁至5.5*5.5cm尺寸，选用戈尔15μm复合膜质子交换膜裁至10*10cm尺寸，将复合膜质子交换膜夹设于第一聚四氟乙烯薄膜的A涂层与第二聚四氟乙烯薄膜的B涂层之间，形成三明治结构，再将三明治结构放入硅胶垫夹具中叠放整齐，将热压机热压温度调至140℃、热压压力调至3MPa对应的压力，热压时间调至4min对涂层进行热压，进行热压处理，趁热快速撕下第一聚四氟乙烯基层及第二聚四氟乙烯基层，得到3CCM；质子交换膜为复合膜，其厚度为12μm或15μm；
S3.选择两张和步骤S1中尺寸大小相同的SGL22BB商用碳纸，将第一碳纸与第二碳纸分别固定于真空吸附板上，碳纸上带微孔层的一面为待喷涂的一面，将真空吸附板的加热温度调至80℃，通过超声功率为2w的超声喷头，将阳极催化层浆料C喷涂于第一碳纸的第一微孔层内，干燥后，得到负载有第一阳极催化层的第一气体扩散层，第一气体扩散层的载量为0.1mg/cm2，将阴极催化层浆料D喷涂于第二碳纸的第二微孔层内，干燥，得到负载有第一阴极催化层的第二气体扩散层，第二气体扩散层的载量为0.05mg/cm2；并将第一气体扩散层、第二气体扩散层裁至5.5*5.5cm尺寸；
S4.将3CCM夹设于第一气体扩散层的第一微孔层与第二气体扩散层的第二微孔层之间，叠放整齐后放入硅胶垫夹具中，将热压机热压温度调至160℃、热压压力调至0.8MPa对应的压力，热压时间调至6min对带催化层的气体扩散层和3CCM进行热压，热压完成后取出即是完整的膜电极5CCM，即低界面阻抗高性能膜电极。
将上述制备好的膜电极封上密封边框，和活性面积为25cm2的单电池测试夹具进行组装，组装后在850e100w测试台上进行测试。测试条件为：电池温度80℃，测试湿度阴阳极100％/100％RH，背压阴阳极150KPa/150KPa。测得膜电极性能为0.651V@2A/cm2，在低电流密度0.2A/cm2时，欧姆阻抗为40mΩ*cm2。
对比例1
一种膜电极，其制备方法与实施例1其他内容相同，所不同的是将步骤S3、S4对应替换为步骤K3、K4：
K3.将3CCM封至密封边框中进行两层边框压合处理形成5CCM；
K4.将SGL22BB商用碳纸裁切至5.5*5.5cm尺寸，在外围点一圈密封胶，把带密封胶的碳纸压至密封边框上制备成7CCM成本膜电极。
将上述制备好膜电极装入单电池夹具中，组装后在850e100w测试台上进行测试。测试条件为：电池温度80℃，测试湿度阴阳极100％/100％RH，背压阴阳极150KPa/150KPa。测得膜电极性能为0.572V@2A/cm2，在低电流密度0.2A/cm2时，欧姆阻抗为55mΩ*cm2。
测试与评价
将实施例1及对比例1所制备的膜电极利用恒电流法测得极化曲线；利用电化学阻抗谱法(EIS)并绘制阻抗谱图(Nyquist)，结果见图1、图2所示，可以看出实施例1相较于对比例1，无论是从欧姆电阻和传质阻力都小，说明实施例1中通过改善催化层/微孔层界面，制备梯度化的膜电极界面阻抗减小，优化了水气管理。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低界面阻抗高性能膜电极，其特征在于，包括第一气体扩散层、梯度化阳极催化层、质子交换膜、梯度化阴极催化层、第二气体扩散层；所述第一气体扩散层包括第一基底层及第一微孔层，所述梯度化阳极催化层包括负载于所述第一微孔层内的第一阳极催化层、热压转印于所述质子交换膜的第一表面的第二阳极催化层，所述第一阳极催化层与所述第二阳极催化层经热压工艺一体成型，所述第二气体扩散层包括第二基底层及第二微孔层，所述梯度化阴极催化层包括负载于所述第二微孔层内的第一阴极催化层、热压转印于所述质子交换膜第二表面的第二阴极催化层，所述第一阴极催化层与所述第二阴极催化层经热压工艺一体成型，。
2.一种如权利要求1所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在第一聚四氟乙烯基层上刮涂阳极催化层浆料A，干燥后，得到带A涂层的第一聚四氟乙烯薄膜，在第二聚四氟乙烯基层上刮涂阴极催化层浆料B，干燥后，得到带B涂层的第二聚四氟乙烯薄膜；
S2.将质子交换膜夹设于所述第一聚四氟乙烯薄膜的A涂层与所述第二聚四氟乙烯薄膜的B涂层之间，并进行热压处理，再去除所述第一聚四氟乙烯基层及第二聚四氟乙烯基层，得到3CCM；
S3.在加热条件下，将第一碳纸与第二碳纸分别固定于真空吸附板上，将阳极催化层浆料C喷涂于第一碳纸的第一微孔层表面，得到负载有第一阳极催化层的第一气体扩散层，将阴极催化层浆料D喷涂于第二碳纸的第二微孔层表面，得到负载有第一阴极催化层的第二气体扩散层；
S4.将所述3CCM夹设于所述第一气体扩散层的带有第一阳极催化层的第一微孔层与所述第二气体扩散层的带有第一阴极催化层的第二微孔层之间，并进行热压处理，得到5CCM，即所述低界面阻抗高性能膜电极。
3.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，所述阳极催化层浆料A包括固含量为7-10wt％的催化剂A，所述催化剂A选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种；所述阳极催化层浆料C包括固含量为0.5-1.5wt％的催化剂C，所述催化剂C选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂中的一种。
4.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，所述阴极催化层浆料B包括固含量为7-10wt％的催化剂B，所述催化剂B选自碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂、非贵金属碳基催化剂中的一种；所述阴极催化层浆料D包括固含量为0.5-1.5wt％的催化剂D，所述催化剂D选自碳碳载体负载的Pt催化剂、碳载体负载的Pt合金催化剂、非贵金属碳基催化剂中的一种。
5.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，所述催化剂A中Pt的载量为50-60％，所述催化剂C中Pt的载量为30-40％。
6.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，所述催化剂B中Pt的载量为30-40％，所述催化剂D中Pt的载量为30-40％。
7.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热压的温度为125-175℃，所述热压的压力为1-5MPa。
8.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述热压的温度为140-180℃，所述热压的压力为0.5-1MPa。
9.根据权利要求2所述的低界面阻抗高性能膜电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中，加热的温度为40-90℃。
10.一种包含如权利要求1所述的低界面阻抗高性能膜电极的燃料电池。
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