[发明专利]一种高温质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种高温质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于：包括高温质子交换膜和置于高温质子交换膜两侧的气体扩散电极；所述高温质子交换膜和气体扩散电极中含有掺杂酸；所述高温质子交换膜中的酸掺杂量为未掺杂前高温质子交换膜的150-200wt.％，所述气体扩散电极中的单位电极面积的酸掺杂量为1-10mg/cm²。

2.如权利要求1所述高温质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于：所述掺杂酸为硫酸、磷酸、多聚磷酸、聚乙烯基磷酸、甲磺酸、三氟烷基磺酸中的一种或两种以上的混合酸。

3.如权利要求1所述高温质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于：所述高温质子交换膜为聚苯并咪唑类中的一种；所述聚苯并咪唑类膜包括聚(2,5-苯并咪唑)、聚(2,2‘-间甲苯基-5,5‘-二苯并咪唑)和聚(4,4‘-二苯醚基-5,5‘-二苯并咪唑)。

4.如权利要求1所述高温质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于：所述高温质子交换膜中的酸掺杂量优选为170-190wt.％，所述气体扩散电极中单位电极面积的酸掺杂量优选为：阳极2-5mg/cm²，阴极3-7mg/cm²。

5.如权利要求1所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)高温质子交换膜的酸处理：将高温质子交换膜浸入掺杂酸溶液中后取出，并置于恒温恒湿条件下至恒重；

(2)气体扩散电极的酸处理：于气体扩散层表面制备催化层得气体扩散电极，于所述气体扩散电极表面均匀布置掺杂酸溶液2次以上，且每布置一层掺杂酸溶液后将所得气体扩散电极于恒湿恒温条件下至所述气体扩散电极表面无液体存留；

(3)膜电极的组装：将步骤(2)所得经酸处理的2个气体扩散电极分别叠合于步骤(1)所得经酸处理的高温质子交换膜的两侧，经热压并冷却后得所述高温质子交换膜燃料电池膜电极。

6.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)和(2)所述掺杂酸为硫酸、磷酸、多聚磷酸、聚乙烯基磷酸、甲磺酸、三氟烷基磺酸中的一种或两种以上的混合酸。

7.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述将高温质子交换膜浸入掺杂酸中处理，取出后除了需用滤纸擦除表面掺杂酸，还需要经恒温恒湿条件处理。

8.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述恒温恒湿条件具体为温度20～30℃、相对湿度30％～70％；所用掺杂酸溶液为酸或质量浓度为85-100wt.％掺杂酸水溶液；最后所得高温质子交换膜中掺杂的酸含量为150-200wt％。

9.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述气体扩散电极的酸处理过程中，掺杂酸于所制得的气体扩散电极中的单位面积的质量为1-10mg/cm²。

10.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述恒温恒湿条件具体为温度20～30℃、相对湿度30％～70％；所述掺杂酸溶液中溶剂为水、乙醇、异丙醇中的一种或两种以上；掺杂酸溶液的质量浓度为10％～70％。

11.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述气体扩散电极的酸处理过程还包括将经酸处理后的气体扩散电极置于真空条件下干燥的步骤。

12.如权利要求11所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：所述真空干燥条件为60-100℃下真空干燥4-12h。

13.如权利要求5所述高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述热压过程为120-200℃下预热1-30min后于500-5000LB下热压5-60min。