[发明专利]一种可用于燃料电池的新型膜电极组件,制备方法及其应用

权利要求书

1、一种可用于燃料电池的新型膜电极组件，其特征在于是一种基于炭基体上生长的纳米碳材料的燃料电池膜电极组件，由催化剂活性组分纳米碳材料炭基体复合体和质子交换膜及其他组件组合而成。

2、根据权利要求1所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件，其特征在于所述炭基体为碳纸、碳毡或碳布中任一种；所述纳米碳材料为纳米碳管、纳米碳纤维、碳纳米角、碳纳米分子筛等一维、二维或三维纳米碳材料中任一种；所述催化剂活性组分为Pt、Pd、Re、Ir、Os、Fe、Co或Mn；或其合金或复合物；以及大环化合物，氧化物或硫化物中任一种或多种。

3、一种可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(1)对炭基体进行预处理和表面改性；

(2)在步骤(1)所得的炭基体上沉积纳米碳材料生长所需要的催化剂；

(3)利用碳源在步骤(2)所得炭基体上生长纳米碳材料，得到炭基体-纳米碳材料复合体；

(4)对得到的炭基体-纳米碳材料复合体进行纯化处理和表面改性；

(5)将所需要的燃料电池催化剂活性组分沉积到炭基体-纳米碳材料的复合体上；得到的催化剂活性组分-纳米碳材料-炭基体复合体和质子交换膜以及其他组件结合，即得到所需燃料电池用膜电极组件。

4、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述沉积生长催化剂采用浸渍法、沉淀法、物理溅射法、微波辅助溅射法、电化学沉积法或电泳沉积法中任一种；所述生长催化剂为Cu、Co、Cr、Mo、Pd、Fe、Ni或Ag中一至几种。

5、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述碳源为CH₄、CO、CO₂、C₂H₄、C₅H₁₀、C₆H₆、活性炭或炭气凝胶中任一种；或上述物质的混合物。

6、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述纳米碳材料的生长采用气相化学沉积法或液相化学沉积法中任一种或几种。

7、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述纳米碳材料纯化采用气相氧化、液相氧化或电化学纯化中任一种或几种。

8、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述炭基体-纳米碳材料的表面改性采用酸处理、碱处理或空气处理中任一种或多种。

9、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述燃料电池催化剂活性组分的沉积通过化学、物理或物理化学结合的方法在炭基体-纳米碳材料复合物上沉积催化剂活性组分。所述的催化剂活性组分为Pt、Pd、Re、Ir、Os、Fe、Co、Mn、或其合金或复合物；或非金属催化剂活性组分。

10、根据权利要求3所述的可用于燃料电池的新型膜电极组件的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述催化剂活性组分的沉积为气相物理沉积、化学沉积、电化学沉积或电泳沉积中任一种或多种。

11、一种如权利要求1所述的新型膜电极组件用于燃料电池的阴极或阳极组件，或作为燃料电池阳极的一部分，或燃料电池阴极的一部分，或同时作为燃料电池阴极和阳极的一部分。

12、一种如权利要求11所述的燃料电池用于质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、直接甲酸燃料电池、直接乙醇燃料电池或高温燃料电池。