基于催化剂/膜技术的亲疏水可调的质子交换膜燃料电池用膜电极的制备方法

摘要

一种基于催化剂/膜技术的亲疏水可调的质子交换膜燃料电池用膜电极的制备方法。制备步骤为：将去离子水与疏水剂混匀，再将含醇质子传导聚合物溶液加入其中混匀，配成疏水剂与质子传导聚合物分散液；催化剂用去离子水润湿；将疏水剂与质子传导聚合物分散液加入到润湿的催化剂中分散，制成催化剂浆料；将催化剂浆料涂覆在二个介质上并加热烘干，热处理，得到带有催化层的二个介质，将质子交换膜置于带有催化层的二个介质的催化层之间，通过热压将二个介质上的催化层分别转移到质子交换膜的二个表面上，得到催化剂覆盖质子交换膜组件；将该组件置于二个气体扩散层之间，热压制成膜电极，其中质子交换膜二个表面正对二个气体扩散层。

主权项

一种亲疏水可调的质子交换膜燃料电池用膜电极的制备方法，其特征是，该方法基于催化剂覆盖质子交换膜技术，其制备步骤包括：1)疏水剂与质子传导聚合物混合分散：按去离子水与疏水剂重量比为1∶1～40混合均匀，制成疏水剂乳液，将质子传导聚合物溶液加入到疏水剂乳液中混合均匀，质子传导聚合物与疏水剂重量比为1∶0.01～1，配成疏水剂与质子传导聚合物分散液，其中所述的疏水剂为含氟疏水剂；所述的质子传导聚合物溶液为含质子传导聚合物1wt％～10wt％，正丙醇30wt％～80wt％的水溶液；2)催化剂润湿：按催化剂与去离子水重量比为1∶0.1～5将去离子水加入到入催化剂中，使催化剂充分润湿；3)将步骤1)制备的疏水剂与质子传导聚合物分散液加入到步骤2)的润湿的催化剂中均匀分散，制成催化剂浆料；4)将催化剂浆料涂覆在第一介质和第二介质上并加热烘干，再将该带有催化剂浆料的两个介质热处理，得到带有催化层的第一介质和第二介质，然后将质子交换膜置于带有催化层的第一介质和第二介质的催化层之间，通过热压将第一介质上的催化层和第二介质上的催化层分别转移到质子交换膜的第一表面和第二表面上，得到催化剂覆盖质子交换膜组件；5)将催化剂覆盖质子交换膜组件置于第一气体扩散层和第二气体扩散层之间，通过热压方式制成膜电极，其中质子交换膜第一表面正对第一气体扩散层，质子交换膜第二表面正对第二气体扩散层；步骤4)中所述的带有催化剂浆料的第一介质和第二介质热处理，其具体步骤是：(1)将带有催化剂浆料的第一介质和第二介质放入含Na离子化合物溶液中浸泡，使质子传导聚合物中的H离子被Na离子取代，再用去离子水清洗后在N2或者惰性气体气氛中270～340℃高温下处理，使催化剂浆料中的疏水剂纤维化；(2)将步骤(1)热处理后的带有催化剂层的第一介质和第二介质放入H2SO4溶液中浸泡后用去离子水清洗，以去除催化层内质子传导聚合物中的Na离子；其中所述的含Na离子化合物包括：NaOH、Na2CO3、NaHCO3、NaCl、Na2SO4或NaNO3。