一种高催化剂利用率质子交换膜燃料电池电极的制备方法

摘要

本发明提供一种高催化剂利用率质子交换膜燃料电池电极的制备方法。本发明首先构筑具有完整电子通道、气体通道和质子通道的气体多孔电极，然后通过离子交换法将铂阳离子交换到气体多孔电极的全氟磺酸树脂上，最后通过电化学还原的方法，将铂阳离子还原到与全氟磺酸树脂接触的碳载体上，制得高催化剂利用率质子交换膜燃料电池电极。本发明具有工艺简单，成本低廉的优点。采用本发明所制备的高催化剂利用率催化电极具有催化剂利用率高、铂载量低、铂纳米粒子分散性好且尺寸可控等优点，可以替代现有的商业用铂碳(Pt/C)催化剂。

主权项

1、一种高催化剂利用率质子交换膜燃料电池电极的制备方法，具体的方法步骤包括(1)、制备微孔层首先，将碳纸浸泡在乙醇水溶液中，超声波条件下振荡30min，再将其在30％的聚四氟乙烯乳液中浸泡30min后置于温度为340℃的马弗炉内焙烧40min得到憎水的扩散层；按聚四氟乙烯∶Vulcan XC-72碳粉的质量比为1∶3称取聚四氟乙烯和Vulcan XC-72碳粉，然后以乙醇为溶剂在超声波条件下振荡均匀，分多次涂布在憎水的扩散层上，最后将其置于温度为340℃马弗炉内焙烧45min得到微孔层；其特征在于：(2)、制备全氟磺酸树脂粘接的多孔碳电极按全氟磺酸树脂∶Vulcan XC-72碳粉的质量比为1∶1～9称取全氟磺酸树脂(质量浓度为0.5％)，然后分多次涂布在步骤(1)制备的微孔层上，在50～140℃条件下烘干制得全氟磺酸树脂粘接的多孔碳电极；(3)、离子交换/电还原制备质子交换膜燃料电池催化电极将步骤(2)制备的全氟磺酸树脂粘接的多孔碳电极浸入到浓度为0.05～0.5mol/L的阳离子铂盐水溶液中，在10～80℃条件下，浸泡0.5～10小时后取出用超纯水清洗干净；然后，采用三电极体系，以离子交换后的电极为工作电极，铂网为对电极，银/氯化银电极为参比电极；在0.1～1mol/L的酸性水溶液中，10～50℃温度下，-0.5～-1.0V条件下电还原30～300s后取出用超纯水清洗干净；重复上述步骤2～10次，制得高催化剂利用率质子交换膜燃料电池催化电极。