一种单元组合式高温质子交换膜燃料电池膜电极及制备

摘要

一种高温质子交换膜燃料电池膜电极及制备，该膜电极由次单元和具有高温保水功能的主单元组合而成。次单元为气体扩散层。主单元由气体扩散层、催化剂层、无机纳米粒子层及质子交换层粘结而成。制法为：气体扩散层上涂敷催化剂料浆制催化剂层，浇铸质子交换树脂溶液制质子交换层，浇铸无机纳米粒子溶液制高温保水层，再涂敷催化剂料浆制催化剂层。将主单元与次单元冷接触或热压，获得本发明的膜电极。本膜电极的制备具有高度集成的特点，适合连续化生产；质子交换层厚度可控，不受市售质子交换膜尺寸限制；制备的膜电极的扩散层与催化剂层，催化剂层与质子交换层间的结合强度高，接触电阻低；具有高温保水性能，可在高温下工作。

主权项

1、一种质子交换膜燃料电池膜电极，其特征在于膜电极是由次单元和具有高温保水功能的主单元组合而成的单元组合式膜电极，所述的膜电极次单元为气体扩散层，所述的膜电极主单元是由气体扩散层、催化剂层、无机纳米粒子保水层及质子交换层共同粘合而成的膜电极单元，其组成或结构依次为气体扩散层、催化剂层、质子交换层、无机纳米粒子保水层、催化剂层；所述的膜电极的制备步骤如下：1)将催化剂、质子交换树脂与溶剂按10∶2～5∶100～1500的质量比充分均匀混合，制得催化剂料浆或墨汁，所述的溶剂是指水或醇、醚、酯、酮或腈，其中醇为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1-甲氧基2-丙醇，醚为乙醚、石油醚，酯和酮为乙酸乙酯和丙酮；2)将部分催化剂料浆涂敷到气体扩散层一侧，真空干燥，形成催化剂层；3)将质子交换树脂溶液浇铸在催化剂层上，真空干燥，形成质子交换层；4)在质子交换层上浇铸无机纳米粒子溶液，真空干燥，形成无机纳米粒子保水层；5)将剩余的催化剂料浆涂敷到无机纳米粒子保水层上，真空干燥，制得膜电极主单元；6)将制备的膜电极主单元与由气体扩散层组成的次单元通过接触式紧贴或热压，制得单元组合式质子交换膜燃料电池膜电极；其中步骤4所述的无机纳米粒子溶液为：纳米SiO2或纳米TiO2或纳米Zr(HPO4)2水溶液或胶体溶液与5wt％Nafion溶液的混合液。