[发明专利]氢燃料电池催化剂层及其制备方法、氢燃料电池和汽车

说明书

氢燃料电池催化剂层及其制备方法、氢燃料电池和汽车，所述制备方法包括以下步骤：S1将分散好催化剂的高分子溶液，通过超声波照射，获得催化剂溶液；S2将S1中的催化剂溶液，通过微波照射处理；S3将S2处理后的催化剂溶液涂覆于质子交换膜上；S4将S3中涂覆有催化剂溶液的质子交换膜采用超声波和微波共同照射，制得氢燃料电池催化剂层和单体燃料电池。按照发明提供的氢燃料电池催化剂层及其制备方法、氢燃料电池和汽车与现有技术相比具有如下优点：同一催化剂用量，制备的氢燃料电池催化剂层，催化性能提升；相同催化性能氢燃料电池催化剂层，减少了催化剂用量。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种氢燃料电池催化剂层及其制备方法、氢燃料电池和汽车。

背景技术

燃料电池是一种将化学能转化成电能的新型能量转换装置，一般由三部分组成：阳极、阴极和电解质。其中，阳极发生的是氧化反应，氢气失电子，变成氢离子和电子，氢离子通过质子交换膜移动到阴极，而电子则通过外部电路运动到阴极，而这时候，由于电子的运动，所以就产生了电流。相对地，阴极发生还原反应，氧气、氢离子和电子结合成水排出去。由于燃料电池对环境友好、低噪音、高效转化等优点，在新能源的开发中应运而生，成为了继水力，火电，核能之后第四代的发电装置，被视为未来的能源之星。

然而，目前氢燃料电池在循环使用寿命上只有10000小时左右，这与氢燃料电池各个组件的性能、催化剂寿命、质子交换膜、双极板及密封胶等均有关系，其中催化剂寿命是主要因素，而目前的燃料电池催化剂的寿命均较短，已成为制约燃料电池长效正常工作的主要因素。

膜电极(MEA)是由气体扩散层(GDL)、催化层(CL)和质子交换膜(PEM)组成。其中，催化层是燃料电池内部发生电化学反应的场所。在燃料电池工作期间，发生着质子和电子的传递，以及反应气和产物水气液两相流的传递。一般把反应气体、Pt颗粒和高分子聚合物结合的位置称为三相反应界面，其本质上是电子、质子和分子(反应气体)传递通道的交汇处。业内通常也把涂覆有催化层的质子交换膜简称为膜电极(MEA)。

一般情况下，催化层内暴露出的有效反应活性点位越多，催化层的催化能力越强，燃料电池的性能也越好，而反应活性位点的分布与催化层的结构和形貌之间有着重要联系，因此通常认为催化层的结构和形貌很大程度上决定了燃料电池的性能。同时，科研人员也发现，催化层的结构主要受浆料组分及制备过程中组分间的相互作用影响，因此催化层的制备工艺就成为膜电极组件整个生产工艺中对膜电极质量影响程度极大的一个环节。

因此，如何提高燃料电池催化剂层活性、并且减少催化剂用量已成为燃料电池技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种氢燃料电池催化剂层及其制备方法、氢燃料电池和汽车。

按照发明提供的氢燃料电池催化剂层的制备方法采用的主要技术方案为：所述制备方法包括以下步骤：

S1、将分散好催化剂的高分子溶液，通过超声波照射，获得催化剂溶液；

S2、将S1中的催化剂溶液，通过微波照射处理；

S3、将S2处理后的催化剂溶液涂覆于质子交换膜上；

S4、将S3中涂覆有催化剂溶液的质子交换膜采用超声波和微波共同照射，制得氢燃料电池催化剂层。

发明提供的氢燃料电池催化剂层的制备方法还采用如下附属技术方案：

所述催化剂为铂炭，所述铂炭包括炭载体和附着在所述炭载体上的铂粒子。

所述高分子溶液的组分按照重量百分比计包括：nafion5％、异丙醇50％、水45％。

所述质子交换膜为杜邦质子交换膜N-117。