专利汇可以提供一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及 碱 性阴离子交换膜 燃料 电池 ,具体地说是一种碱性阴离子交换膜 燃料电池 膜 电极 的制备方法。制备的膜电极结构依次包括 阳极 气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、 阴极 催化层和阴极气体扩散层。本发明通过在催化层中添加交联的阴离子交换 树脂 ,选择具有良好分散能 力 的低沸点 有机 溶剂 ,并通过膜的修饰等步骤,使碱性阴离子交换膜燃料电池的性能得到了大幅提高。,下面是一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法,该膜电极的结构包括依次叠合的阳极气体扩散层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层;
所述膜电极中阴离子交换膜由多孔基膜和交联的阴离子交换树脂组成;
阴、阳极催化层由电催化剂和交联的阴离子交换树脂组成,阴离子交换膜与阴、阳极催化层通过阴离子交换树脂间相互交联形成结合紧密的整体;
阴、阳极气体扩散层为支撑层或依次叠合的支撑层和微孔层;
所述膜电极按如下过程获得,
(1)将阴离子交换树脂分散到低沸点有机溶剂中制备成阴离子交换树脂溶液,所述阴离子交换树脂在溶液中的质量百分数为0.02-2%;步骤(1)所述低沸点有机溶剂对阴离子交换树脂和电催化剂均具有良好分散能力,为乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、乙二醇、四氢呋喃、乙酸丁酯中的一种或二种以上的混合溶剂;
(2)将阴极电催化剂、阳极电催化剂分别于上述阴离子交换树脂溶液中超声分散
0.1-24小时后制成阴极催化层前驱体浆料和阳极催化层前驱体浆料;阴、阳极电催化剂与阴离子交换树脂的质量比分别为1:10-10:1;
(3)将上述阴、阳极催化层前驱体浆料采用喷涂、刮涂、刷涂或印刷的方法直接涂覆于阴离子交换膜两侧,溶剂挥发完毕即形成催化剂覆膜电极;
或者,先对阴离子交换膜一侧或两侧进行修饰,即涂覆步骤(1)所述阴离子交换树脂-2
溶液,所述树脂于膜上的担量为0.01-1mg·cm ,再将上述阴、阳极催化层前躯体浆料采用喷涂、刮涂、刷涂或印刷的方法涂覆于修饰过的阴离子交换膜两侧,溶剂挥发完毕即形成催化剂覆膜电极;
(4)阴极支撑层、阳极支撑层即为阴极导电基底、阳极导电基底;
A.将导电基底浸渍到疏水剂溶液中进行疏水化处理,处理后疏水剂担载于基底的质量在5-40%之间,再将进行疏水化处理后的导电基底于200-360℃的氮气或氩气中焙烧
0.5-3小时;即得疏水化导电基底,可作为阴极支撑层或阳极支撑层,也可直接作为阴极气体扩散层或阳极气体扩散层;
或B.将碳材料和粘结剂溶液置于乙醇或异丙醇中,超声分散0.1-24小时,形成均匀微孔层前驱体浆料,其中碳材料与粘结剂的质量比为1:10-10:1;将上述微孔层前驱体浆料采用喷涂、刮涂、刷涂或印刷的方法制备到导电基底或步骤(4)A制备的疏水化导电基底上,于200-360℃的氮气或氩气中焙烧0.5-3小时,冷却后得到带有微孔层的导电基底,可作为阴极气体扩散层或阳极气体扩散层;
(5)将步骤(3)制得的催化剂覆膜电极夹在步骤(4)A或B制得的阴、阳极气体扩散层中间,于20-150℃的温度及0.01-2MPa的压力下热压30-600秒,制成膜电极。
2.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述阴离子交换树脂为可交联的具有阴离子交换功能的树脂,为季铵盐型阴离子交换树脂、季磷盐型阴离子交换树脂、聚苯并咪唑类树脂或冠醚类阴离子交换树脂。
3.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述阴、阳极电催化剂的活性组分为纳米级的金属粒子Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Sn、Fe、Co、Ni、Mo、Cr、W、V中的一种或二种以上,或它们的氧化物,电催化剂活性组分在膜电极上的担量为-2
0.1-2mg·cm 。
4.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述阴离子交换膜为由多孔基膜和交联的阴离子交换树脂组成的具有阴离子交换功能的隔膜,为季铵盐型阴离子交换膜、季磷盐型阴离子交换膜、聚苯并咪唑膜或冠醚类阴离子交换膜,所述阴离子交换膜的厚度为10-200μm。
5.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述导电基底为碳布、碳纸、泡沫金属,厚度为0.01-2mm。
6.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述疏水剂为聚全氟异丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
7.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述碳材料为活性炭、石墨、乙炔黑、富勒烯、碳纤维、碳纳米管、碳纳米角中的一种或二种以上;微孔层上碳-2
材料的载量为0.1-10mg·cm 。
8.按照权利要求1所述的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯或聚醋酸乙烯酯。
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