一种适用于燃料电池的电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于燃料电池的电极的制备方法，其包括以下步骤：1)提供电极基底；2)在所述电极基底上形成一多微孔层；3)在该多微孔层表面上形成纳米碳层；和4)在纳米碳层的表面上形成催化剂层；其中的多微孔层采用特定的方法形成。本发明专利技术方法制备得到的燃料电池具有极高的电化学效率和输出功率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，其包括以下步骤：1)提供电极基底；2)在所述电极基底上形成一多微孔层；3)在该多微孔层表面上形成纳米碳层；和4)在纳米碳层的表面上形成催化剂层；其中的多微孔层采用特定的方法形成。本专利技术方法制备得到的燃料电池具有极高的电化学效率和输出功率。【专利说明】-种适用于燃料电池的电极的制备方法
本专利技术涉及一种电极的制备方法，具体地涉及一种适用于燃料电池的电极的制备 方法。
技术介绍
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置， 所述燃料包括氢和烃类物质（诸如甲醇、乙醇或天然气）。 燃料电池的主要构成组件包括电极、电解质隔膜和集电器（CurrentCollector) 等。其电极与一般电池之平板电极不同之处在于燃料电池的电极为多孔结构，其目的在于 提高燃料电池的实际工作电流密度与降低极化作用。目前高温燃料电池的电极主要是以 触媒材料制成，例如固态氧化物燃料电池（简称S0FC)的Y2O3 -stabilized-ZrO2(简称 YSZ)及熔融碳酸盐燃料电池（简称MCFC)的氧化镍电极等，而低温燃料电池则主要是由气 体扩散层支撑一薄层触媒材料而构成，例如磷酸燃料电池（简称PAFC)与质子交换膜燃料 电池（简称PEMFC)的Pt电极等。 而其中的质子交换膜燃料电池（简称PEMFC)由于具有优于常规燃料电池的功率 特性、以及较低的工作温度和较快的启动和响应特性，而被广泛的应用，包括汽车的可移动 电源、家庭和公共建筑物的分散电源以及用于电子器件的小型电源等。 在现有技术如CN1003996IOC中公开了一种用于所述燃料电池（特别是PEMFC)的 电极的制备方法，该方法包括在电极基底表面上形成多微孔层；弓丨入第一催化剂以在该多 微孔层表面上合成纳米碳；局部加热第一催化剂同时在第一催化剂上提供包括碳源气体的 反应气体，以在多微孔层表面上生长纳米碳；及在纳米碳上涂布第二催化剂从而形成催 化剂层。其制备得到了包括表面积大且反应效率提高的催化剂的燃料电池用电极。但所述 电极的性能如输出性能等还有待提1?。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于燃料电池的电极的制备 方法，有效提高了所述电极的输出性能和表面积等。 为了实现上述目的，本专利技术提供如下的技术方案： -种适用于燃料电池的电极的制备方法，其包括以下步骤： 1)提供电极基底； 2)在所述电极基底上形成一多微孔层； 3)在该多微孔层表面上形成纳米碳层；和 4)在纳米碳层的表面上形成催化剂层； 其中，上述步骤2)为： a)准备原料：碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和任选地溶剂； b)湿法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和溶剂超声混合 均匀，然后加热得到浆料，再将浆料涂布在步骤1)的电极基底上，并在340-350°C进行烧结 处理；或者， 干法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑和粘合剂树脂用研磨机混合均匀， 将混合粉末涂布在步骤1)的电极基底上，并在340-350°C进行烧结处理； 其中，所述碳纳米管或碳纳米纤维与碳黑或乙炔黑的重量比为1: (10?50)。优选 地，重量比为1: (10?30);更优选地，重量比为1: (10?20)。 在一个优选的实施方式中，在所述电极基底的两面分别形成所述的多微孔层： 1)提供电极基底； 2)在所述电极基底的两侧各形成一多微孔层； 3)在所述两多微孔层表面上分别形成纳米碳层；和 4)在所述两纳米碳层的表面上分别形成催化剂层； 其中，上述步骤2)为： a)准备原料：碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和任选地溶剂； b)湿法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和溶剂超声混 合均匀，然后加热得到浆料，再将浆料涂布在步骤1)的电极基底的两侧表面上，并在 340-350°C进行烧结处理；或者， 干法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑和粘合剂树脂用研磨机混合均匀， 将混合粉末涂布在步骤1)的电极基底的两侧表面上，并在340-350°C进行烧结处理； 其中，所述碳纳米管或碳纳米纤维与碳黑或乙炔黑的重量比为1: (10?50)。优选 地，重量比为1: (10?30);更优选地，重量比为1: (10?20)。 根据本专利技术，所述电极基底选自碳纸、碳布、泡沫金属和金属网等。其中碳纸或碳 布由石墨化的碳纤维构成，孔隙率高，具有优良的导电性，且其结构和性质稳定。 根据本专利技术，优选地，采用疏水剂（如聚四氟乙烯乳液）对所述电极基底进行处 理。其目的在于构建疏水的气相通道。 根据本专利技术，所述处理优选为以下过程：将电极基底（如碳纸或碳布）多次浸入一 定浓度的聚四氟乙烯乳液，每次浸泡后均将样品干燥，最后在340-350°C进行烧结处理。 根据本专利技术，所述干燥采用低温快速干燥。其目的在于使得所述聚四氟乙烯在基 底内部分布的均匀性明显提高。 根据本专利技术，所述烧结处理的主要目的是去除聚四氟乙烯乳液中的表面活性剂 等，同时，聚四氟乙烯在340-350°C熔融并形成网络结构，实现良好的疏水效果。 根据本专利技术，所述步骤a)的原料中还可以包括造孔剂。优选地，所述造孔剂选自 (NH4) 2C03)、（NH4) 2C204)、CaC03、Li2CO3'NaCl、NH4NO3 和乙酸乙酯中的一种。 根据本专利技术，加入造孔剂的方法如下： a)准备原料：碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂，造孔剂和任选 地溶剂； b)湿法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和溶剂超声混合 均匀，然后加热得到浆料，在所述浆料中加入造孔剂并混合均匀，再将所得混合物涂布在步 骤1)的电极基底或者电极基底的两侧表面上，并在340-350°C进行烧结处理；或者， 干法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，造孔剂和粘合剂树脂用研磨 机混合均匀，将混合粉末涂布在步骤1)的电极基底或者电极基底的两侧表面上，并在 340-350°C进行烧结处理； 其中，所述碳纳米管或碳纳米纤维与碳黑或乙炔黑的重量比为1: (10?50)。优选 地，重量比为1: (10?30);更优选地，重量比为1: (10?20)。 根据本专利技术，所述粘合剂树脂在所述多微孔层中重量百分比含量优选大致在 15-35 %之间。 本专利技术的有益效果是： 本专利技术的方法中，在常规的微孔层的材料中引入了碳纳米管或碳纳米纤维，而且 确定了其与原常规材料碳黑或乙炔黑之间的比例关系。如此制得的多微孔层能更加有利地 实现反应气和水的再分配，并且使得所述多微孔层与纳米碳层之间的结合更有效从而更有 效地降低了电极基底与催化剂之间的接触电阻，显著地提高了电池的输出性能。 本专利技术的方法中，通过疏水剂对所述电极基底进行处理，并且通过选择处理条件， 明显提高了所述疏水剂在基底内部分布的均匀性以及疏水效果，使得所述电极在导气和 排水方面均具有优异的性能。 【具体实施方式】 如上所述，本专利技术公开了，其重点在于所 述多微孔层的制备步骤的改进。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于燃料电池的电极的制备方法，其包括以下步骤：1)提供电极基底；2)在所述电极基底上形成一多微孔层；3)在该多微孔层表面上形成纳米碳层；和4)在纳米碳层的表面上形成催化剂层；其中，上述步骤2)为：a)准备原料：碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和任选地溶剂；b)湿法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑，粘合剂树脂和溶剂超声混合均匀，然后加热得到浆料，再将浆料涂布在步骤1)的电极基底上，并在340‑350℃进行烧结处理；或者，干法：将碳纳米管或碳纳米纤维，碳黑或乙炔黑和粘合剂树脂用研磨机混合均匀，将混合粉末涂布在步骤1)的电极基底上，并在340‑350℃进行烧结处理；其中，所述碳纳米管或碳纳米纤维与碳黑或乙炔黑的重量比为1:(10～50)。优选地，重量比为1:(10～30)；更优选地，重量比为1:(10～20)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张映波，杨华，
申请(专利权)人：张映波，
类型：发明
国别省市：北京;11