[发明专利]基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极及制备与应用

权利要求书

1.基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极，其特征在于：

该膜电极包括依次层叠的阳极、磷酸浸渍的PBI膜和阴极，其中阳极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有氢气氧化电催化剂和CO转化催化剂混合层的气体扩散电极，阴极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有阴极催化剂层的气体扩散电极。

2.按照权利要求1所述膜电极，其特征在于：

所述阳极氢气氧化电催化剂为质量负载量20-60％的Pt/C或Pt黑电催化剂中的一种或两种以上的组合；

所述阳极氢气氧化电催化剂的Pt载量为0.5-2mg/cm²；

所述CO转化催化剂为活性金属质量负载量20-60％的RuNi/C、RuNi黑、活性金属质量负载量20-60％的AuNi/C、AuNi黑、活性金属质量负载量20-60％的IrNi/C、IrNi黑催化剂中一种或两种以上的组合；活性金属中贵金属与Ni的摩尔比为1：1到3：1；

所述CO转化催化剂的活性金属载量为0.1-0.5mg/cm²。

3.按照权利要求1所述膜电极，其特征在于：

阴极催化剂为质量负载量20-60％的Pt/C、Pt黑、质量负载量20-60％的PtCo/C、质量负载量20-60％的PtNi/C电催化剂中的一种或两种以上的组合；活性金属中Pt与Co或Ni的摩尔比为1：1到3：1；

阴极Pt载量为0.5-3mg/cm²。

4.按照权利要求1所述膜电极，其特征在于：

气体扩散层为面向膜一侧表面涂覆有碳粉和粘结剂PTFE混合层的碳纸、碳布、导电碳毡中的一种；碳粉载量为1-3mg/cm²，粘结剂PTFE载量为0.1-0.3mg/cm²；

所述PBI-磷酸掺杂膜中磷酸含量为300-500wt％。

5.一种权利要求1-4任一基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

制备气体扩散层：于面向膜一侧的碳纸、碳布、导电碳毡的表面涂覆碳粉和粘结剂PTFE混合层，经烘干热处理后得到气体扩散层；

所述扩散层浆液的制备方法为称取碳粉与PTFE乳液经高速机械搅拌后均匀分散在醇水混合溶液中，所述浆液中碳粉和PTFE的质量浓度为分布为20-40mg/ml和5-20mg/mL；所述扩散层中碳粉和PTFE的质量比范围为9:1-6:4；所述扩散层中碳粉载量为1-3mg/cm²，粘结剂PTFE载量为0.1-0.3mg/cm²；

于气体扩散层表面涂覆阴、阳极的催化剂浆液，并经过烘干热处理活化后得到气体扩散电极；将气体扩散电极置于浸渍有磷酸的PBI膜两侧热压，得到膜电极；

所述阳极催化剂浆液为氢氧化电催化剂、CO转化催化剂和PTFE在醇水混合溶剂中的分散液；所述阴极催化剂浆液为氧气还原电催化剂和PTFE在醇水混合溶剂中的分散液；

所述催化剂浆液的制备方法为称取电催化剂粉末与PTFE乳液经高速机械搅拌后均匀分散在醇水混合溶液中，所述浆液中催化剂和PTFE的质量浓度为10-40mg/mL；所述阳极电催化剂与PTFE的质量比范围为3:1-5:1；所述CO转化催化剂与阳极电催化剂的质量比为1:5和1:1；所述阴极电催化剂与PTFE的质量比范围为3:1-5:1；

所述于气体扩散电极制备方法为将催化剂浆液采用喷涂或丝印的方法制备于气体扩散层上；并经烘干去除醇-水溶剂后，置于管式炉中进行热处理活化电极；

所述烘干温度为60-80℃，时间为10-24h；

所述热处理温度为200-400℃，气氛为惰性，时间15-60min；

所述PBI-磷酸掺杂膜中磷酸含量为300-500wt％；

所述热压温度为100-150℃；热压时间不低于3min，压力不小于2000Pa。

6.一种权利要求1-4任一所述基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极的在高温燃料电池中的应用。