[发明专利]用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极及制备方法

权利要求书

1.一种用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：其实现自增湿的方式，其制备包括如下步骤：

（1）质子交换膜依次在质量浓度为5wt.%的双氧水溶液中和质量浓度为0.5mol.L^-1的硫酸溶液中进行预处理，然后用蒸馏水洗涤干净并保存在蒸馏水中备用； 

（2）将亲水性有机高分子聚合物溶于溶剂中，配制成质量百分浓度为1‰-10%的有机高分子聚合物溶液；所述亲水性有机高分子聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、葡聚糖、壳聚糖或聚丙烯酰胺中的一种或一种以上；

（3）将亲水性无机氧化物加入到异丙醇溶剂中，超声分散，配制成浓度为1-50g.L^-1的无机氧化物悬浊液；所述亲水性无机氧化物为气相二氧化硅、钛白粉、介孔SiO₂或分子筛；

（4）将碳载铂或铂钌催化剂、全氟磺酸树脂溶液、步骤（2）中所述有机高分子聚合物溶液、步骤（3）中所述无机氧化物悬浊液、水或者易挥发性溶剂按10：2-5：0.1-5：0.1-10：200-2000的质量比混合后，经超声波震荡分散成催化剂浆料，再将该催化剂浆料喷涂在质子交换膜的一侧，铂的载量控制在0.05-0.5mg.cm^-2之间，然后将喷涂好的质子交换膜进行热处理，即制得膜电极的阳极催化层；

（5）将碳载铂催化剂、全氟磺酸树脂溶液、水或者易挥发性溶剂按10：2-5：200-2000的质量比混合后，经超声波震荡分散，将该催化剂浆料喷涂在经步骤（4）处理之后的质子交换膜的另一侧，铂的载量控制在0.1-1mg.cm^-2之间，然后将喷涂好的质子交换膜进行热处理后，制得膜电极的阴极催化层；

（6）将两张预先喷涂好的气体扩散层分别压合在经步骤（5）处理之后的质子交换膜的两侧，即制得膜电极。

2.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：所述质子交换膜为美国DuPont公司生产的Nafion212、Nafion211膜或Nafion117膜， 或者其他公司生产的全氟磺酸树脂膜，或者其他具有质子传导能力的膜材料。

3.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述溶剂为蒸馏水、无水乙醇或质量百分浓度为1%-10%的乙酸溶液。

4.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：所述全氟磺酸树脂溶液为质量百分浓度为5%的Nafion溶液。

5.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：所述碳载铂或者铂钌催化剂为Pt含量为10%-60%的Pt/C催化剂、或者总金属含量为10-60%的Pt/Ru原子比为1：1的PtRu/C 催化剂。

6.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：所述易挥发性溶剂为无水乙醇、丙酮或异丙醇。

7.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：所述步骤（1）的具体过程为：将质子交换膜放于质量百分浓度为5%-15%的双氧水中，在60-100°C下加热0.5-2小时；经蒸馏水洗涤后，再放于0.5-1mol.L^-1的硫酸溶液中，在60-100°C下加热0.5-2小时，然后经蒸馏水洗涤后，即完成预处理。

8.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极制备方法，其特征在于：所述热处理为在60-90°C下热处理20-60分钟。

9.一种用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极，其特征在于：所述用于质子交换膜燃料电池的自增湿膜电极通过上述权利要求1-8任一项制得。