一种高耐久性燃料电池膜电极及制备方法

摘要

一种高耐久性燃料电池膜电极及制备方法。其特点是在催化层制备过程中添加了具有高比表面积、高吸附特性的多孔材料。多孔材料是坡缕石-海泡石族矿物纤维、蒙脱石、硅藻土、活性炭、分子筛或硅胶，多孔材料在催化层中的质量分数为0.05％～25％，催化层由催化剂和质子交换树脂组成。与背景技术不同，本发明在传统催化层制备过程中添加了多孔吸附材料，其作用在于吸附迁移的催化剂离子或颗粒，减缓因催化剂流失造成的催化活性下降；吸附CO、NH3或硫化物，减少其对催化剂的毒化作用，提高催化剂的工作效率；并且这种多孔材料可以吸附电池运行过程中产生的金属离子等杂质，防止杂质对膜电极中的质子交换膜的攻击，从而提高膜电极的使用寿命。

主权项

一种耐久性燃料电池膜电极，其特征在于，膜电极催化层中添加了具有高比表面积、高吸附特性的多孔材料，多孔材料在催化层中的质量分数为0.05％～25％，所述的催化层由催化剂和质子交换树脂组成，所述的具有高比表面积、高吸附性的多孔材料是坡缕石‑海泡石族矿物纤维、蒙脱石、硅藻土、活性炭、分子筛或硅胶；所述的膜电极按下述方法制得：1)将多孔材料、催化剂、质子交换树脂、溶剂混合均匀制备成料浆，料浆的各种成分的质量分数关系为多孔材料∶催化剂∶质子交换树脂∶溶剂＝1～5∶10∶2～5∶50～1000；其中所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1‑甲氧基2‑丙醇(MOP)、乙醚、石油醚、乙酸乙酯或丙酮；2)将步骤1制备的料浆涂敷于经过预处理的气体扩散层表面，并在80‑100℃下真空干燥，制得气体扩散层电极；其中所述气体扩散层的预处理方法是，将碳纸浸入到聚四氟乙烯疏水剂中，时间为5～10分钟，并在340‑350℃下煅烧20‑30分钟，聚四氟乙烯疏水剂的含量20wt％‑30wt％，之后，再在其一侧涂敷一层由聚四氟乙烯和导电碳黑组成的复合材料层，其中聚四氟乙烯含量为20wt％‑30wt％，经340‑350℃下煅烧20‑30分钟后成型；3)将步骤2制备的气体扩散层电极与质子交换膜热压，获得高耐久性燃料电池膜电极，热压的压力为1～4MPa、温度90‑120℃、时间60～120秒；或是将步骤1制备的催化剂料浆涂敷在质子交换膜的两侧，制得燃料电池芯片，之后，再与经过预处理的气体扩散层进行热压或冷接触，获得耐久性燃料电池膜电极，热压的压力为1～4MPa、温度90‑120℃、时间60～120秒。