一种燃料电池膜电极及其制备方法和燃料电池技术

本发明专利技术公开一种燃料电池膜电极及其制备方法，包括将膜电极的质子交换膜材料、阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料通过多层熔融共挤出复合制得膜电极。其中，所述阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料的制备方法包括将阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物在惰性氛围下混合均匀，混合过程中不加入有机溶剂，得到阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料。本发明专利技术的燃料电池膜电极的制备方法，无需使用有机溶剂，制备方法简单，提高了生产效率，并且降低了膜电极中催化剂层与质子交换膜之间的缺陷和间隙，有效提高了膜电极的传质效果和一致性。和一致性。和一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极及其制备方法和燃料电池


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池膜电极及其制备方法，更进一步地，还涉及一种燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池作为一种高效环保可持续的能源利用装置，正在被越来越多地应用到交通、发电和储能等各个方面。膜电极是燃料电池的核心部件，膜电极的阴阳极催化剂层和质子交换膜是燃料电池电化学反应发生和质子传输所在场所，对燃料电池的性能至关重要。目前，膜电极的阴阳极催化剂层和质子交换膜主要通过湿法制备，即先将质子交换膜树脂溶解分散在溶剂中，再制备成固体质子交换膜；然后再将阴阳极催化剂材料分别混合在特定溶剂中制备成浆料后，通过转印或者喷涂等方式在质子交换膜两侧制备成阴阳极催化剂层。
[0003]由于湿法制备膜电极需要使用大量的有机溶剂，对人体和环境有害，不利于环保。因此需要对现有膜电极制备方法进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：采用湿法制备膜电极，质子交换膜和阴阳极催化剂层都是分别单独制作，涉及工序多，不利于提高膜电极的制备效率，并且需要使用大量有机溶剂，造成环境污染。而且，由于功能层单独制备，催化剂层与质子交换膜之间的接触界面通常会存在各种缺陷和间隙，影响膜电极传质效果和一致性。
[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种燃料电池膜电极的制备方法，无需使用有机溶剂，制备方法简单，提高了生产效率，并且降低了膜电极中催化剂层与质子交换膜之间的缺陷和间隙，有效提高了膜电极的传质效果和一致性。
[0006]本专利技术实施例的燃料电池膜电极的制备方法，包括将膜电极的质子交换膜材料、阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料通过多层熔融共挤出复合制得膜电极。
[0007]本专利技术实施例的燃料电池膜电极的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法中，直接将质子交换膜材料、阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料熔融共挤出复合制备得到膜电极，无需分别制备功能层，制备方法简单，提高了生产效率；2、本专利技术实施例的方法中，无需加入有机溶剂，不仅降低了溶剂使用，节约了生产成本，而且绿色环保，易于推广应用；3、本专利技术实施例的方法中，实现了阴阳极催化剂层和质子交换膜同时制备，有效降低了催化剂层与质子交换膜之间的缺陷和间隙，提高了膜电极的性能。
[0008]在一些实施例中，所述阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料的制备方法包括将阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物在惰性氛围下混合均匀，得到阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料。
[0009]在一些实施例中，所述阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物混合过程中不加入有机溶剂。
[0010]在一些实施例中，所述阳极催化剂或阴极催化剂包括膜电极用含铂催化剂或非铂催化剂；所述质子传导聚合物为全氟磺酸聚合物。
[0011]在一些实施例中，将质子传导聚合物加热干燥得到质子交换膜材料。
[0012]在一些实施例中，所述加热温度为60
‑
100℃，加热时间为1
‑
24h。
[0013]在一些实施例中，所述质子传导聚合物包括全氟磺酸聚合物、部分含氟磺化聚合物、非氟磺化聚合物中的至少一种，其质子交换当量EW值为700～1200。
[0014]在一些实施例中，所述阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料的熔融加热温度为100
‑
200℃。
[0015]在一些实施例中，所述多层熔融共挤出的模口温度单位150
‑
250℃。
[0016]本专利技术实施例还提供了一种膜电极，采用本专利技术实施例的方法制得。本专利技术实施例的膜电极，制备方法简单，无需使用有机溶剂，催化剂层与质子交换膜之间的缺陷和间隙少，性能优异。
[0017]本专利技术实施例还提供了一种燃料电池，包括本专利技术实施例的膜电极。本专利技术实施例的燃料电池，具备本专利技术实施例的膜电极能够带来的所有优点，在此不再赘述。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例制得的膜电极的结构示意图。
[0019]图2是实施例1制得的膜电极的扫描电镜截面图。
[0020]图3是对比例1制得的膜电极的扫描电镜截面图。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0022]本专利技术实施例的燃料电池膜电极的制备方法，包括将膜电极的质子交换膜材料、阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料通过多层熔融共挤出复合制得膜电极。
[0023]本专利技术实施例的燃料电池膜电极的制备方法中，直接将质子交换膜材料、阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料熔融共挤出复合制备得到膜电极，无需分别制备功能层，制备方法简单，提高了生产效率；本专利技术实施例的方法中，无需加入有机溶剂，不仅降低了溶剂使用，节约了生产成本，而且绿色环保，易于推广应用；本专利技术实施例的方法中，实现了阴阳极催化剂层和质子交换膜同时制备，有效降低了催化剂层与质子交换膜之间的缺陷和间隙，提高了膜电极的性能。
[0024]在一些实施例中，所述阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料的制备方法包括将阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物在惰性氛围下混合均匀，优选采用研磨或、球磨或混炼机混合，得到阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料。优选地，所述阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物混合过程中不加入有机溶剂。优选地，所述惰性气体包括氩气或氮气中的至少一种。本专利技术实施例的方法中，无需采用大量的有机溶剂单独制备阳极催化剂层浆料和阴极催化剂层浆料，只需将阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物均
匀混合形成阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料，然后与质子交换膜材料通过多层熔融共挤出即复合形成了膜电极，制备方法简单，环保无污染，易于工业应用。
[0025]在一些实施例中，所述阳极催化剂或阴极催化剂包括膜电极用含铂催化剂或非铂催化剂；所述质子传导聚合物为全氟磺酸聚合物。本专利技术实施例中，对阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料中所采用的催化剂没有特别限制，只要能够用于燃料电池膜电极的催化剂均可以采用，并且催化剂与质子传导聚合物之间的用量配比也没有特别限制，根据燃料电池膜电极的需求设计即可。
[0026]在一些实施例中，质子交换膜材料为质子传导聚合物，可以根据质子传导聚合物的具体情况进行预处理，优选地，将质子传导聚合物加热干燥得到质子交换膜材料，优选地，加热温度为60
‑
100℃，加热时间为1
‑
24h。进一步优选地，所述质子传导聚合物包括全氟磺酸聚合物、部分含氟磺化聚合物、非氟磺化聚合物中的至少一种，其质子交换当量EW值为700～1200。本专利技术实施例的方法中，无需将质子传导聚合物分散在有机溶剂中再制备固体质子交换膜，无需采用有机溶剂不仅降低了生产成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，包括将膜电极的质子交换膜材料、阴极催化剂层材料和阳极催化剂层材料通过多层熔融共挤出复合制得膜电极。2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料的制备方法包括将阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物在惰性氛围下混合均匀，得到阳极催化剂层材料或阴极催化剂层材料。3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述阳极催化剂或阴极催化剂与质子传导聚合物混合过程中不加入有机溶剂。4.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述阳极催化剂或阴极催化剂包括膜电极用含铂催化剂或非铂催化剂；所述质子传导聚合物为全氟磺酸聚合物。5.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，将质子传导聚合物加热干燥得到质子交换膜材料。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪江鹏，夏丰杰，刘昊，程庚，赵壮，张林，李道喜，刘真，
申请(专利权)人：武汉绿动氢能能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：