[发明专利]质子交换膜燃料电池电极和质子交换膜燃料电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池电极和质子交换膜燃料电池的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型的能够将化学能直接转换成电能的装置。由于质子交换膜电池无转动部件的内能消耗，不经过燃烧，能量转化效率不受卡诺循环限制，因此其具有较高的能量转换效率。并且，质子交换膜电池采用清洁能源，如氢气和甲醇等，无硫氧化物和氮化物排放，对环境无危害，环保性高。质子交换膜电池还具有工作条件温和，体积小，重量轻，安全耐用的特点，被广泛用作移动电源，其还是理想的动力电源。

目前，对于质子交换膜燃料电池的研制越来越受到各国的重视。质子交换膜燃料电池包括电极介于两个电极之间的质子交换膜，电极包括阳极和阴极，阳极包括阳极支撑层和覆于阳极支撑层表面的阳极催化剂，阴极包括阴极支撑层和覆于阴极支撑层表面的阴极催化剂。电极是燃料电池的重要组成部分之一，电极的形成工艺对电极的性能有重要影响。

现有技术提供了多种质子交换膜燃料电池电极的制备方法，较为常用的为以下几种：

涂膏法[Makoto Uchida，J.Electrochem Soc.，142，2(1995)463]，其是将催化剂与作为粘接剂的聚四氟乙烯乳液、离子交换树酯等混合成膏状物，涂覆于作为支撑层的碳纸或碳布上。

浇铸法[A.C.Ferreira，S.Srinivasan，Extd.Abs.，94-1，The Electrochemical Sociaty，NJ1994]，其是将催化剂与作为粘接剂的聚四氟乙烯乳液、离子交换树酯等混合成墨水状物质，然后将其浇铸于底物上，接下来转移到质子交换膜上，或直接浇注于质子交换膜上。

滚压法[E.J.Taylor，J.Electrochem.Soc.139，L45(1993)，H.Morikawa，J.Electrochem.Soc.，151：A1733-A1737(2004)]，其是将催化剂与聚四氟乙烯乳液、造孔剂等混合反复碾压，然后热处理获得电极。

溅射法[S.Y.Cha，J.Electrochem.Soc.，146：4055-4060(1999)]和化学沉积法[R.Liu，J.Electrochem.Soc.，139：15-23(1992)]，化学沉积法是直接将催化剂金属沉积到膜上，可以提高催化剂利用率，降低膜电极制备成本。

但是，上述方法都存在操作比较复杂、制作时间较长、重复性较差的缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种质子交换膜燃料电池电极和质子交换膜燃料电池的制备方法，上述方法操作简便，制作时间短，并且重复性强。

有鉴于此，本发明提供一种质子交换膜燃料电池电极的制备方法，包括：

a)、将支撑层置于底板表面抽负压固定；

b)、采用超声喷涂将催化剂浆料在载气的载流作用下喷涂于所述支撑层表面；

c)、干燥；

d)、热处理，得到质子交换膜燃料电池电极。

优选的，所述催化剂浆料为阳极催化剂浆料，其按照如下方法制备：

S01)、将阳极催化剂与去离子水混合后超声波搅拌，所述阳极催化剂和去离子水的质量体积比按g/ml计为1∶(5～10)，得到阳极催化剂初料；

S02)、向所述阳极催化剂初料加入混合溶剂、聚四氟乙烯乳液和全氟磺酸树脂溶液后超声波搅拌，得到阳极催化剂浆料；所述混合溶剂包括体积比为1∶(1～10)的低级醇和去离子水，所述混合溶剂与阳极催化剂的质量体积比按g/ml计为1∶(20～100)；所述聚四氟乙烯占阳极催化剂、聚四氟乙烯和全氟磺酸树脂总重量的5wt％～30wt％；所述全氟磺酸树脂占阳极催化剂、聚四氟乙烯和全氟磺酸树脂总重量的5wt％～25wt％。

优选的，所述催化剂浆料为阴极催化剂浆料，其按照如下方法制备：

S11)、将阴极催化剂与去离子水混合后超声波搅拌，所述阴极催化剂和去离子水的质量体积比按g/ml计为1∶(5～10)，得到阴极催化剂初料；

S12)、向所述阴极催化剂初料加入混合溶剂和聚四氟乙烯乳液后超声搅拌，所述混合溶剂包括体积比为1∶(1～10)的低级醇和去离子水，所述混合溶剂与阴极催化剂的质量体积比按g/ml计为1∶(20～100)，得到阴极催化剂浆料，所述聚四氟乙烯占阴极催化剂和聚四氟乙烯总重量的5wt％～30wt％；

步骤d之后还包括：