基于多孔基体的燃料电池催化剂层、燃料电池芯片及制备方法

摘要

基于多孔基体的燃料电池催化剂层、燃料电池芯片及制备方法。其催化剂层包括多孔质子交换膜、催化剂，或者还有质子交换树脂，催化剂和质子交换树脂位于多孔质子交换膜的微孔内，多孔质子交换膜由含磺酸基团的质子交换树脂单体构成，催化剂为负载型贵金属单质或贵金属合金，或者为经过氧化处理的负载型贵金属单质或贵金属合金；载体是纳米导电碳黑等。催化剂层的制法：制备催化剂料浆，将多孔质子交换膜浸入到催化剂料浆中，将膜干燥，热压成型。用上述催化剂层制备燃料电池芯片的方法：按聚四氟乙烯薄膜-催化剂层-质子交换膜-催化剂层-聚四氟乙烯薄膜的顺序排列成5合一叠件；叠件热压，冷却至室温，揭去外侧聚四氟乙烯薄膜，即得芯片。

主权项

一种基于多孔质子交换膜的燃料电池催化剂层制备燃料电池燃料芯片的方法，其特征在于：所述的基于多孔质子交换膜的燃料电池催化剂层，它包括多孔质子交换膜、催化剂、质子交换树脂，催化剂和质子交换树脂位于多孔质子交换膜的微孔内，所述的多孔质子交换膜由含磺酸基团的质子交换树脂单体构成，质子交换树脂为具有质子交换功能的磺化热稳定性聚合物，选自全氟磺酸树脂、磺化聚醚砜树脂、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚苯并咪唑树脂、磺化聚磷腈树脂、磺化聚酰亚胺树脂、磺化聚苯乙烯树脂、磺化三氟苯乙烯树脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化聚苯乙烯‑聚乙烯共聚物树脂、磺化聚氧亚苯树脂及磺化聚醚醚酮树脂中的任一种；所述催化剂为具有高催化活性的负载型贵金属单质或贵金属合金催化剂，或者为预先经过了氧化处理的负载型贵金属单质或贵金属合金：贵金属合金为MxNy或MxNyOz，其中M、N、O分别为Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga及Mo中的任一金属元素，且M、N、O互不相同，x、y、z为催化剂中各金属质量比，其数值分别为0～100中的自然数，且x+y＝100或x+y+z＝100；贵金属单质为Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os中的任意一种；催化剂的载体是纳米导电碳黑、介孔碳、导电陶瓷、石墨、碳纳米管和纳米碳纤维中的任一种；其中，所述的预先经过了氧化处理的负载型贵金属单质或贵金属合金，其氧化处理过程为：将负载型贵金属单质或贵金属合金催化剂置于HNO3、H2SO4、H2O2、(NH4)2S2O8、NaClO、HClO4或H3PO4氧化剂中，在室温‑100℃下加热回流2‑10小时，然后过滤，用去离子水清洗，并在70‑100℃条件下真空干燥12‑24小时；所述的基于多孔质子交换膜的燃料电池催化剂层的制备方法，先制备催化剂料浆，然后将多孔质子交换膜浸入到催化剂料浆中，浸渍了催化剂料浆的多孔质子交换膜真空干燥，重复上述过程1‑3次，最后热压成型即得；利用上述制备的催化剂层制备燃料电池燃料芯片的方法，包括：1)按聚四氟乙烯薄膜‑催化剂层‑质子交换膜‑催化剂层‑聚四氟乙烯薄膜的顺序排列，做成5合一叠件；2)将5合一叠件在100～200℃、压力2～3MPa条件下热压70～100秒钟，冷却至室温后，揭去最外侧的聚四氟乙烯薄膜，即制得燃料电池芯片。