[发明专利]一种高温聚合物电解质膜燃料电池

权利要求书

1.一种高温聚合物电解质膜燃料电池,其特征在于，包括前端板、双极板、膜电极和后端板；所述双极板和膜电极作为重复单元叠加与前端板、后端板组成高温聚合物电解质膜燃料电池的电堆；该燃料电池的阳极使用氢气作为燃料，阴极使用二氧化碳作为燃料；

所述膜电极包括高温聚合物电解质膜以及高温聚合物电解质膜两侧的气体扩散电极。

2.根据权利要求1所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述高温聚合物电解质膜为酸掺杂耐高温膜，酸选自磷酸、硫酸、甲磺酸聚乙烯基磷酸、三氟烷基磺酸中的一种或两种以上的混合酸，酸掺杂量为300～450wt.％；所述耐高温膜为聚苯并咪唑及其衍生物、聚苯并咪唑-聚醚醚酮复合膜、磺化聚醚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚酰亚胺-聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮-聚苯并咪唑复合膜中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述膜电极的制备方法为：

步骤1，气体扩散背层的处理：

将大孔性的碳纸、碳布或碳毡作为气体扩散背层，对其进行憎水处理，将气体扩散背层直接浸渍在憎水性聚合物分散液中，一定时间后取出、干燥并高温烧结后形成网状憎水性聚合物，得到气体扩散背层；

步骤2，微孔层的制备：

将碳材料粉末和微孔层高分子粘结剂的分散液和相关溶剂一起混合均匀得到微孔层浆料，将所制备的微孔层浆料采用喷涂、刮涂或其他方法沉积到气体扩散背层上，干燥后即形成带有微孔层的气体扩散背层；

步骤3，催化层的制备：

将催化剂粉末和催化层高分子粘结剂的分散液和相关溶剂一起混合均匀得到催化剂浆料，将所制备的催化剂浆料采用喷涂、刮涂或其他方法沉积到气体扩散背层的微孔层上，干燥后即形成带有微孔层及催化层的气体扩散背层，即得到气体扩散电极；

步骤4：气体扩散电极的后处理：

将步骤3所制备的气体扩散电极在有惰性气体保护的条件下，放入340℃-430℃的马弗炉中烧结20-60分钟得到最终的气体扩散电极；

步骤5：膜电极的组装：

将后处理得到的两片气体扩散电极上的催化层分别与酸掺杂耐高温膜的两个面紧密贴接，机械组装上述气体扩散电极及酸掺杂耐高温膜得到膜电极；其中，两片气体扩散电极一片为阳极气体扩散电极，另一片为阴极气体扩散电极。

4.根据权利要求3所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述步骤1中，所述憎水性聚合物的质量百分含量为10-50wt.％。

5.根据权利要求3所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述步骤2中碳材料粉末为XC-72、KB-300、KB-600、BP2000活性炭中的一种。

6.根据权利要求3所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述步骤2中微孔层高分子粘结剂为PTFE、FEP或聚偏氟乙烯，微孔层高分子粘结剂在微孔层中的质量百分含量为10-40wt.％。

7.根据权利要求3所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述步骤3中催化层高分子粘结剂为PTFE、FEP或聚偏氟乙烯，催化层高分子粘结剂在催化层中的质量百分含量为10-50wt.％。

8.根据权利要求3所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述步骤3中，所述催化剂为Pt的质量百分比为10～60wt.％的Pt系催化剂或过渡金属基催化剂或非金属催化剂。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，所述高温聚合物电解质膜燃料电池运行温度在120℃-200℃之间。