[发明专利]一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法

权利要求书

1.一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，包括下列步骤：

1）选自以下任一：

a)以静电纺技术构建活性碳粉和Nafion树脂混合的纳米纤维网络结构薄膜，然后在制得的纳米纤维网络结构薄膜表面上沉积贵金属纳米催化剂，分别制得阴极催化层薄膜和阳极催化层薄膜；

b)以贵金属纳米催化剂和Nafion树脂的混合料为原料通过静电纺技术直接构建阴极催化层薄膜和阳极催化层薄膜；

2）将阴极气体扩散层、阴极催化层薄膜、Nafion膜、阳极催化层薄膜和阳极气体扩散层热压制成直接甲醇燃料电池膜电极集合体。

2.如权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：

步骤1）中的a）具体包括下列步骤：

（a1）制备活性碳粉和Nafion树脂混合溶液，超声搅拌混合得到活性碳粉和Nafion树脂混合浆料；

（a2）制备载体高分子聚合物的水溶液；

（a3）将步骤（a2）制得的载体高分子聚合物的水溶液和步骤（a1）制得的活性碳粉和Nafion树脂混合浆料混合搅拌分散制得活性碳粉静电纺浆液；

（a4）将制得的活性碳粉静电纺浆液通过静电纺装置制备成纳米纤维网络结构薄膜，然后在制得的纳米纤维网络结构薄膜上沉积贵金属纳米催化剂，分别制得阴极催化层薄膜和阳极催化层薄膜；

步骤1）中的b）具体包括下列步骤：

（b1）制备贵金属纳米催化剂与Nafion树脂混合溶液，超声搅拌混合得到贵金属纳米催化剂和Nafion树脂混合浆料；

（b2）制备载体高分子聚合物的水溶液；

（b3）将步骤（b2）制得的载体高分子聚合物的水溶液和步骤（b1）制得的贵金属纳米催化剂和Nafion树脂混合浆料混合搅拌分散制得贵金属纳米催化剂静电纺浆液；

（b4）直接将制得的贵金属纳米催化剂静电纺浆液通过静电纺装置制备成阴极催化层薄膜和阳极催化层薄膜。

3.如权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，步骤（a1）中，所述活性碳粉选自XC-72R碳球、KB多孔碳、AC活性碳粉、石墨烯和碳纳米管；步骤（a4）和步骤（b1）中，所述的贵金属纳米催化剂包括阴极贵金属纳米催化剂和阳极贵金属纳米催化剂；阴极贵金属纳米催化剂选自Pt黑和Pt/C，阳极贵金属纳米催化剂选自PtRu黑和PtRu/C。

4.如权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：

步骤（a1）中，所述活性碳粉和Nafion树脂混合溶液的溶剂为去离子水和低碳醇的混合液，去离子水和低碳醇的体积比为(0.2～4):1；所述活性碳粉和Nafion树脂混合溶液中溶剂和溶质的质量之比为(4～100):1；所述Nafion树脂和活性碳粉的质量之比为(0.3～1.4):1；所述低碳醇选自异丙醇、丁醇、乙醇和甲醇；

步骤（b1）中，所述贵金属纳米催化剂与Nafion树脂混合溶液的溶剂为去离子水和低碳醇混合液，去离子水和低碳醇的体积比为(0.2～4):1；所述贵金属纳米催化剂与Nafion树脂混合溶液中溶剂和溶质的质量之比为(0.5～20):1；其中，载体碳、贵金属和Nafion树脂的质量之比为0～10：0.5～20：1。

5.如权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，步骤（a1）和（b1）中，所述超声搅拌的时间为1～4小时。

6.如权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，步骤（a2）和（b2）中，将载体高分子聚合物加入到去离子水中，在50～80℃下加热搅拌，得到均匀分散的载体高分子聚合物溶液。

7.如权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述载体高分子聚合物选自聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂和聚氧化乙烯树脂，分子量为10kD～500kD；所述载体高分子聚合物的水溶液中载体高分子聚合物的质量百分含量为0.1-30wt%。