[发明专利]一种高温燃料电池用阴极催化层及其制备和膜电极

权利要求书

1.一种高温燃料电池用阴极催化层，其特征在于：阴极催化层中含有氧还原催化剂、粘结剂、疏水剂、硅油和磷酸；所述硅油的分子式为：

该分子式中，R为C1-C50烷基、苯基或取代苯基；R'为C1-C50烷基、苯基、取代苯基、氢、或分子量小于1000的聚醚链；X为C1-C50烷基、苯基、取代苯基、C2-C50链烯基、氢、羟基、烷氧基、乙酰氧基、三氯甲基、或分子量小于1000的聚醚链；n，m=0-5000的整数，苯基取代基为C1-C4的烷基、氯、C2-C4链烯基。

2.如权利要求1所述高温燃料电池用阴极催化层，其特征在于：所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油中一种或两种以上的混合物。

3.如权利要求1所述高温燃料电池用阴极催化层，其特征在于：所述阴极氧还原催化剂为Pt/C、Pt黑、PtRu黑、PtRu/C、PtSn/C、PtMo/C、PtFe、PtCo、PtNi、PtPd、PtAu、Pt@Pd/C、Pt@PdIr/C、PdCo@Pd/C、PtFe/C、PtCo/C、PtNi/C、PtPd/C、FeTMPP、WC、Fe/N-C、Co/N-C、Ni/N-C、MnOx/M、PdFe、PdCo、PdNi、PdMo、PdW、PdRe、PdAu、PdCu、NiZr、N-C中的一种或二种以上；

所述阴极催化层中催化剂载量为0.2-6mg·cm^-2。

4.如权利要求1所述高温燃料电池用阴极催化层，其特征在于：所述氧还原催化剂与粘结剂的质量比为100：1-5：1；所述氧还原催化剂与疏水剂的质量比为100：1-10：1；所述硅油与氧还原催化剂的质量比为1：10-1：1；所述硅油与磷酸的质量比为1：5-1：850。

5.如权利要求1所述高温燃料电池用阴极催化层，其特征在于：所述粘结剂为PBI、PTFE、PFA、ETFE、Nafion、PVDF、PVF中的一种或两种以上；所述疏水剂为PTFE或PVDF。

6.一种权利要求1-5任一所述高温燃料电池用阴极催化层的制备方法，其特征在于：阴极催化层的制备包括以下步骤，

（1）阴极催化剂浆液的配制：

a.于每100克50wt.％-85wt.％的磷酸溶液中加入0.1-10克硅油，混合均匀后得溶有硅油的0.1wt.％-10wt.％硅油磷酸溶液；

b．称取氧还原催化剂，用去离子水润湿后，加入粘结剂，其中氧还原催化剂和粘结剂的质量比为100:1-5:1，再加入疏水剂，氧还原催化剂与疏水剂的质量比为100:1-10:1,最后加入与催化剂质量比为50：1-10：1的溶剂，超声混合均匀后得催化剂前浆液；

所述溶剂为聚甲基丙烯酸胺（DMAc），或聚甲基吡珞烷酮（NMP），或聚甲基丙烯酸胺（DMAc）和聚甲基吡珞烷酮（NMP）的混合物；

c．于步骤（1）b所得催化剂前浆液中，缓慢加入上述步骤（1）a所得溶有硅油的磷酸溶液，其中硅油与氧还原催化剂的质量比为1:10-1：1，混合均匀后得催化剂浆液；

（2）阴极催化层的制备：

将上述催化剂浆液制备于高温电解质膜一侧表面或阴极气体扩散层表面，至阴极氧还原催化剂担载量为0.2-6mg·cm^-2，真空干燥后得CCM结构的阴极催化层或GDE结构的阴极催化层；

或者将催化剂浆液制备于PTFE薄膜表面，至氧还原催化剂担载量为0.2-6mg·cm^-2，真空干燥后采用转压的方法将阴极催化层制备于高温电解质膜一侧表面，得转压法制备的阴极催化层；

真空干燥条件为120-200℃，干燥时间为1-10h。

7.一种高温燃料电池用膜电极，其特征在于：膜电极包括阳极催化层、耐高温电解质膜和权利要求1-5所述阴极催化层。