【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜电极，尤其是涉及一种基于富勒烯的抗自由基膜电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)是一种以氢能为载体将化学能转化为电能的发电装置，具有反应温度低、动态响应速度快、反应效率高、功率密度高等优点，在交通领域具有广泛的应用前景。但是，燃料电池大规模商业化应用受到耐久性和可靠性制约。膜电极是燃料电池的核心组件，由质子交换膜、催化层、气体扩散层组成。其中催化层是电化学反应发生的场所，离聚物作为粘结剂，起传输质子的重要作用。电池运行中会产生大量羟基自由基，攻击离聚物导致结构降解，造成催化层质子传导率降低。因此，对催化层进行抗自由基改性进而提高膜电极耐久性，具有重要研究价值，是加速pemfc商业化进程的关键所在。
2、中国专利cn106876754b提出了一种可以改善燃料电池稳定性的催化层结构，将包括ag2o、有机物处理的无机金属氧化物、杂多酸中的一种或二种以上,其中杂多酸为12-hsw，21-hpw，磷钨酸铯中的一种或二种以上作为自由基淬灭添加剂，进而达到提高燃料电池稳定性的目的。
3、中国专利cn 112670520 a提出了在阴极催化层和阳极催化层实施不同自由基清除剂添加量的方法。添加在阳极催化层中为第一自由基清除剂，添加在阴极催化层中为第二自由基清除剂，添加种类包括金属颗粒和无机金属氧化物的一种或两种以上的结合。所述第一自由基清除剂占整个催化层的重量比例为0.2％-5％；所述第二自由基清除剂占整个催化层的重量比例为0％-1％。
4、然而，金属氧化物类自
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于富勒烯的抗自由基膜电极及其制备方法和应用。通过在催化层中添加具有自由基淬灭功能的富勒烯，达到提高电池稳定性的目的。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，所述膜电极包括催化剂层和质子交换膜，所述催化剂层覆盖于质子交换膜的两侧；
4、所述催化剂层包含催化剂、离聚物和基于富勒烯的抗自由基淬灭剂；
5、所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂的添加质量百分比为0.1％-10％；优选地，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂的添加质量百分比为2％-5％；
6、所述离聚物的添加质量百分比为10-40％；优选地，所述离聚物的添加质量百分比为11-14％。
7、进一步地，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂为富勒烯、富勒烯衍生物中的一种或多种。
8、进一步地，所述富勒烯衍生物包括富勒烯聚乙烯吡咯烷酮和多羟基富勒烯。
9、进一步地，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂的粒径为1-30nm。
10、进一步地，所述离聚物包括nafion全氟磺酸树脂分散液、aquivion全氟磺酸树脂分散液中的一种或多种。
11、进一步地，所述催化剂为pt/c催化剂，所述pt/c催化剂中pt的质量比为40％-60％；优选地，所述pt/c催化剂中pt的质量比为40％。
12、本专利技术还提供一种基于富勒烯的抗自由基膜电极的制备方法，包括以下步骤：
13、s1：将催化剂和离聚物加入醇/水混合溶剂，再加入基于富勒烯的抗自由基淬灭剂，搅拌均匀后，获得催化层浆料；
14、s2：采用转印、刮涂或喷涂法将阳极和阴极催化层浆料涂覆于质子交换膜上，并干燥成层，得到ccm，再覆上气体扩散层，得到膜电极。
15、进一步地，s2中，所述气体扩散层为碳纸。
16、进一步地，s1中，催化层浆料中催化剂、离聚物和醇/水混合溶剂的质量比为1：4：180；
17、所述醇/水混合溶剂中乙醇和水的质量比为1：1。
18、本专利技术还提供一种基于富勒烯的抗自由基膜电极的应用，所述抗自由基膜电极用于电池的制备过程中。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
20、本专利技术通过在催化层中添加具有自由基淬灭功能的富勒烯，达到提高电池稳定性的目的，并实施阴极和阳极催化层不同添加量的优化策略，保证良好的电池性能。基于富勒烯的抗自由基膜电极结构在电流密度为1200ma cm-2时，峰值电流密度的衰退率降低了34.4％，膜电极衰减速率得到了有效缓解，化学稳定性得到大幅提升。
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1.一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述膜电极包括催化剂层和质子交换膜，所述催化剂层覆盖于质子交换膜的两侧；
2.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂为富勒烯、富勒烯衍生物中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述富勒烯衍生物包括富勒烯聚乙烯吡咯烷酮和多羟基富勒烯。
4.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂的粒径为1-30nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述离聚物包括Nafion全氟磺酸树脂分散液、Aquivion全氟磺酸树脂分散液中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述催化剂为Pt/C催化剂，所述Pt/C催化剂中Pt的质量比为40％-60％。
7.一种如权利要求1-6任一所述的基于富勒烯的抗自由基膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：<...
【技术特征摘要】
1.一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述膜电极包括催化剂层和质子交换膜，所述催化剂层覆盖于质子交换膜的两侧；
2.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂为富勒烯、富勒烯衍生物中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述富勒烯衍生物包括富勒烯聚乙烯吡咯烷酮和多羟基富勒烯。
4.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述基于富勒烯的抗自由基淬灭剂的粒径为1-30nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于富勒烯的抗自由基膜电极，其特征在于，所述离聚物包括nafion全氟磺酸树脂分散液、aquivion全氟磺酸树脂分散液中的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，肖燕，明平文，张存满，杨代军，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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