[发明专利]一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，质子交换膜燃料电池膜电极的阴极催化层包括依次层叠设置的阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层，由于阴极催化层中的碳含量从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增加，且碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，因此使得阴极催化层中的孔隙率从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增大，以形成具有三层有序梯度化的阴极催化层，从而使得阴极催化层有利于及时排除反应过程中的生成水，以防止质子交换膜燃料电池膜电极水淹，进而提高质子交换膜燃料电池膜电极的性能和寿命，从而提高质子交换膜燃料电池的性能和寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法。

背景技术

目前，燃料电池汽车由于具有环保无污染、工作效率高、燃料加注时间短、续航里程长等优势，可以及时应对全球能源短缺和环境污染等问题，因此发展燃料电池汽车已成为全球汽车与能源产业转型升级的重要突破口。燃料电池作为燃料电池汽车的核心部件，其膜电极是发生化学反应、产生电能的工作场所，对燃料电池的性能和寿命起着关键作用。因此，提高膜电极的性能和寿命是当前最急需解决的问题之一。

但是，由于现有燃料电池的膜电极自身的水管理能力较差，容易造成膜电极水淹，因此严重降低了膜电极的性能和寿命，从而严重降低了燃料电池的性能和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法，以解决现有燃料电池的膜电极由于自身的水管理能力较差而容易造成水淹的技术问题，以提高膜电极的性能和寿命，从而提高燃料电池的性能和寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极，包括质子交换膜，所述质子交换膜的一面上设有阳极催化层，所述质子交换膜的另一面上设有阴极催化层；

所述阴极催化层包括朝远离所述质子交换膜方向依次层叠设置的阴极内催化层、阴极中间催化层和阴极外催化层；所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层均含有铂/碳催化剂，其中，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层中铂/碳催化剂的铂载量相等，且所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量高于所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的碳含量。

作为优选方案，所述阴极内催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为55％－65％，所述阴极中间催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％，所述阴极外催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为15％－25％。

作为优选方案，所述阴极内催化层、所述阴极中间催化层和所述阴极外催化层的铂载量均为0.1－0.2mg/cm²。

作为优选方案，所述阳极催化层含有铂/碳催化剂，且所述阳极催化层含有的铂/碳催化剂的铂含量的质量分数为35％－45％。

作为优选方案，所述阳极催化层的铂载量为0.1－0.2mg/cm²。

作为优选方案，所述质子交换膜的厚度为10－100μm。

作为优选方案，所述质子交换膜为杜邦NRE－212膜或杜邦NRE－211膜。

作为优选方案，所述质子交换膜燃料电池膜电极还包括两个气体扩散层，一个所述气体扩散层设置在所述阳极催化层远离所述质子交换膜的一面上，另一个所述气体扩散层设置在所述阴极外催化层远离所述质子交换膜的一面上。