[发明专利]一种直接醇类燃料电池气体扩散电极及其制备方法和直接醇类燃料电池

说明书

本发明提供了一种直接醇类燃料电池气体扩散电极及其制备方法和直接醇类燃料电池，制备方法包括以下步骤：将厚度为0.2‑0.4mm、孔隙率为90‑120ppi的泡沫金属置于有机溶液中浸泡10‑60min，取出，再将其置于强酸溶液中浸泡1‑30min，用去离子水冲洗干净；将催化剂粉末、高分子粘结剂和有机溶剂混匀，制成催化剂浆料；将制得的浆料沉积到经浸泡处理后的泡沫金属上，在泡沫金属表面形成催化层，然后于60‑80℃条件下干燥1‑12h，制得。该扩散电极具有制作工艺简单、成本低，功率密度高的优点。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种直接醇类燃料电池气体扩散电极及其制备方法和直接醇类燃料电池。

背景技术

直接醇类燃料电池是一种可以将燃料(如甲醇、乙醇等液体溶液)和氧气中的化学能转化为电能的动力装置，醇类溶液作为还原剂，氧气作为氧化剂，在催化剂的催化作用下分别发生氧化、还原反应，电子在外电路传导形成电流，可源源不断地提供电力。因为燃料使用的是醇类溶液，具有携带、贮存方便的特点，又因其具有高比能量，越来越受到研究者的青睐。但因其功率密度低、贵金属催化剂用量大、制作成本高昂的缺点，制约了直接醇类燃料电池的商业化发展。

燃料电池的核心是膜电极(MEA)，而膜电极的基础是气体扩散层(GDL)。气体扩散层承担着反应物和产物的运输、电子的传导和支撑催化层的作用，气体扩散层的结构设计关系着整个燃料电池系统的性能优劣。而目前传统的气体扩散层都采用碳材料作基底，像碳纸、碳布这类由碳纤维石墨化制作而成。由于这类碳材料基底的制作工艺复杂、技术要求高，使得碳纸、碳布价格高昂，这进一步增加了燃料电池的成本，而要想大规模商业化发展直接醇类燃料电池，降低成本是关键。

同时，在传统碳纸电极制备工艺中，需要先对碳纸进行憎水化处理，再在碳纸上制备一层微孔层，最后制备催化层。这使得电极制作周期长、制作工艺复杂，加大了大规模产业化制备电极的难度。因此，寻求一种简单、高效的电极制备工艺是推动燃料电池产业发展的关键。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种直接醇类燃料电池气体扩散电极及其制备方法和直接醇类燃料电池，该扩散电极可有效解决现有的电极存在的成本高、功率密度低的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种直接醇类燃料电池气体扩散电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将厚度为0.2-0.4mm、孔隙率为90-120ppi的泡沫金属置于有机溶液中浸泡10-60min，取出，再将其置于强酸溶液中浸泡1-30min，取出用去离子水冲洗干净；

(2)将催化剂粉末、高分子粘结剂和有机溶剂混匀，制成催化剂浆料；

(3)将步骤(2)中制得的浆料沉积到步骤(1)中经浸泡处理后的泡沫金属上，在泡沫金属表面形成催化层，然后于60-80℃条件下干燥1-12h，制得。

进一步地，步骤(1)中所述泡沫金属的厚度为0.3mm，孔隙率为110ppi。

进一步地，步骤(1)中所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫铜、泡沫银、泡沫钛或泡沫钨。

进一步地，步骤(1)中所述有机溶剂为丙酮或乙醇，所述强酸为盐酸或硫酸。

进一步地，步骤(2)中所述催化剂粉末为Pt-Ru/C混合粉末、Pt-Ru/CNT混合粉末或Pd/C混合粉末，其中，所述催化剂粉末中Pt-Ru重量占混合粉末总重量的5-60％，所述Pd重量占混合粉末总重量的15％-20％；所述高分子粘结剂分散液为Nafion溶液；所述有机溶剂为异丙醇、乙醇或甘油。

进一步地，步骤(3)中所述催化剂浆料通过喷涂或刮涂的方式沉积到泡沫金属上。