[发明专利]一种加快局域氧气传质的膜电极制备方法

说明书

本发明公开了一种加快局域氧气传质的膜电极制备方法，所述制备方法包括：将催化剂、离子树脂和分散溶剂混合，得到阳极催化剂浆料；将催化剂、离子树脂、聚乙烯醇溶液和分散溶剂混合，得到阴极催化剂浆料；将所述阴阳极催化剂浆料喷涂于质子交换膜两侧；将所述膜电极置于热水中浸煮，烘干后形成膜电极。本发明使用聚乙烯醇对催化层中的离子树脂内部结构和分布状态进行微观调节，可以加快催化剂表面的局域氧气传质，提高电池性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种加快局域氧气传质的膜电极制备方法。

背景技术

燃料电池是一种高效的能源转换装置，可以通过电化学反应将贮存在燃料中的化学能直接转化为可利用的电能。虽然质子交换膜燃料电池在性能、寿命等方面已经达到了大规模应用的标准，但高昂的成本仍然阻碍着燃料电池电堆的产业化发展。催化层中的高Pt含量是制约质子交换膜燃料电池进一步扩大工业发展的瓶颈。大多数新型催化剂在旋转圆盘电极测试中表现出极高的ORR催化性能，却在实际的电池测试中表现的不尽如人意。这是因为电极内部的微观结构复杂，新型催化剂的性能难以得到充分发挥，主要原因来源于反应物传质缓慢导致的扩散极化损失

值得注意的是，随着Pt载量的降低，阴极氧气局域传质阻力明显上升，因此，解决低Pt膜电极在大电流下阴极的氧气传质阻力，特别是催化层内的氧气传质阻力是提高质子交换膜燃料电池性能和解决成本问题的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种加快局域氧气传质的膜电极制备方法。有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种加快局域氧气传质的膜电极制备工艺，使用冰模板法制备多孔膜电极，可以加快催化剂表面的局域氧气传质，提高电池性能。本发明是针对阴极催化剂层，解决的是强化阴极局域氧气传质问题，将加入的聚乙烯醇去除掉。

本发明的目的可以通过以下方案来实现：

本发明提供了一种加快局域氧气传质的膜电极制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、将催化剂、离子树脂和分散溶剂混合，搅拌然后球磨分散，得到阳极催化剂浆料；

S2、将聚乙烯醇颗粒溶解，得到聚乙烯醇溶液；

S3、将催化剂、离子树脂、聚乙烯醇溶液和分散溶剂混合，搅拌然后球磨分散，得到阴极催化剂浆料；

S4、将步骤S1、S3中的阴、阳极催化剂浆料喷涂于质子交换膜两侧；

S5、将步骤S4中所得纸质交换膜置于热水中浸煮，烘干后得所述膜电极。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中所述催化剂为Pt/C催化剂；离子树脂为Nafion树脂；分散溶剂包括去离子水、异丙醇、乙醇中的一种或几种。催化剂、离子树脂和分散溶剂的质量比为1：2：280。优选地，分散溶剂为去离子水、异丙醇的混合溶液或去离子水和乙醇的混合液，Pt/C催化剂、去离子水、Nafion树脂和异丙醇的质量比为1：40：2：240。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中所述搅拌为超声搅拌，搅拌时间为10-30分钟。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中所述球磨的时间为4-6小时。