一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，具体是在阴极Pt催化剂层和气体扩散层之间喷涂一层含有氟化硅氧烷的憎水透氧膜，然后两层复合形成阴极。由于氟化硅氧烷具有选择性地允许氧分子透过的特性，而阻止空气中大部分其他气体，采用本发明专利技术方法制备的质子交换膜燃料电池阴极可以提高阴极氧含量，在用于氢‑空燃料电池时可以比传统阴极采用较低的阴极进风风压和流量，而达到同样的发电效率。本发明专利技术的优点是可以使所制得的阴极在常规阴极进气压力和流量的情况下，使阴极Pt催化剂获得较高的氧气供应。

Method for preparing hydrophobic oxygen permeable proton exchange membrane fuel cell cathode

The invention relates to a method for preparing hydrophobic oxygen proton exchange membrane fuel cell cathode, in particular a layer comprising a fluorinated siloxane hydrophobic coating between Pt cathode catalyst layer and the gas diffusion layer oxygen permeable membrane, then the two layer composite cathode is formed. Because of the characteristics of fluorinated siloxane with selectively allowing oxygen molecules through, and prevent most of other gases in the air, the preparation method of the invention, proton exchange membrane fuel cell cathode can increase the oxygen content in the cathode, for hydrogen air fuel cell can be used to lower than the traditional cathode cathode inlet pressure and flow, and to achieve the same power efficiency. The invention has the advantages that the cathode can obtain higher oxygen supply in the cathode Pt catalyst under the condition of the normal cathode inlet pressure and flow rate.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池制造领域，具体地说涉及到质子交换膜燃料电池阴极制备技术，是一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法。
技术介绍
对于以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池，燃料电池的电化学催化活性主要受阴极制约，这是因为Pt催化剂对阴极氧气的还原反应（ORR）催化活性低。为了提高整个电堆的功率密度，升高催化剂的工作温度是常采用的一种方法，但电堆的工作温度受质子交换膜热稳定性的制约，通常不宜超过65℃。另一种方法是加大阴极的氧气供应量或提高氧分压。对于以空气为氧源的氢-空质子交换膜燃料电池，增大氧气供应量意味着在阴极需要辅助以一个大流量风机，这不仅增大了辅助系统的功率消耗，还会引起电堆水管理的一系列问题。提高阴极进气压力可以提高氧分压，但由于空气中的氧气含量仅21%，增加阴极进气压力对提高氧分压的作用十分有限，却大大增加了质子交换膜破裂的风险。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，可以使所制得的阴极在常规阴极进气压力和流量的情况下，使阴极Pt催化剂获得较高浓度的氧气供应。本专利技术的技术方案：一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，具体在于：一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极，由Pt催化剂层和气体扩散层组成。在气体扩散层上与Pt催化剂层接触的一侧涂覆氟化硅氧烷溶液，或者氟化硅氧烷与聚丙烯、聚四氟乙烯和聚砜的混合溶液，待溶剂挥发后在气体扩散层的一侧形成无孔或者微孔氧气渗透膜。将此侧与Pt催化剂层贴合形成所述憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极。无孔或者微孔氧气渗透膜的制备方法：将氟化硅氧烷溶液，或者氟化硅氧烷与聚丙烯、聚四氟乙烯和聚砜的混合溶液涂覆在所述的气体扩散层上与Pt催化剂层接触的一侧，然后去除溶剂。a在上述方法中，氟化硅氧烷在所制得的氧气渗透膜的化学组分中不少于50%质量百分数。所述a中，氟化硅氧烷含有一个或多如全氟烷基、全氟醚或/和全氟聚醚基团。在所述方法中，通过改变所述a中所描述的气渗透膜中其他化学组分的种类和含量，调节所制阴极的憎水性。所制阴极的憎水性用水的接触角来表征。本专利技术的优点是可以使所制得的阴极在常规阴极进气压力和流量的情况下，使阴极Pt催化剂获得较高的氧气供应。在阴极催化层与气体扩散层之间加一层憎水透氧膜，这层膜可以选择性地使空气中的氧气通过，到达催化层，而其他气体通过的阻力增大，透过率低。同时该膜还具有可调节的憎水性能，可以阻止阴极产生的水将气体扩散层淹没，保证气路的畅通。本专利技术可以降低氢-空质子交换膜燃料电池发电系统对阴极进风风机的要求。具体实施方式一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，在阴极Pt催化剂层和气体扩散层之间喷涂一层含有氟化硅氧烷的憎水透氧膜，然后两层复合形成阴极。由于氟化硅氧烷具有选择性地允许氧分子透过的特性，而阻止空气中大部分其他气体，采用本专利技术方法制备的质子交换膜燃料电池阴极可以提高阴极氧含量，在用于氢-空燃料电池时可以比传统阴极采用较低的阴极进风风压和流量，而达到同样的发电效率。在阴极催化层与气体扩散层之间加一层憎水透氧膜，这层膜可以选择性地使空气中的氧气通过，到达催化层，而其他气体通过的阻力增大，透过率低。同时该膜还具有可调节的憎水性能，可以阻止阴极产生的水将气体扩散层淹没，保证气路的畅通。本专利技术可以降低氢-空质子交换膜燃料电池发电系统对阴极进风风机的要求。实施例1将20wt%三氟丙基甲基硅氧烷（PTFPMS）溶液，用喷枪喷在气体扩散层的与催化剂接触的一侧，红外干燥后，与质子交换膜燃料电池CCM（catalystcoatedmembrane）的阴极侧进行热复合，形成憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，其特征在于，该憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极，由Pt催化剂层和气体扩散层组成，在气体扩散层上与Pt催化剂层接触的一侧涂覆无孔或者微孔氧气渗透膜。

【技术特征摘要】
1.一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，其特征在于，该憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极，由Pt催化剂层和气体扩散层组成，在气体扩散层上与Pt催化剂层接触的一侧涂覆无孔或者微孔氧气渗透膜。2.根据权利要求1所述的一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，其特征是：无孔或者微孔氧气渗透膜的制备方法：将氟化硅氧烷溶液，或者氟化硅氧烷与聚丙烯、聚四氟乙烯和聚砜的混合溶液涂覆在所述的气体扩散层上与Pt催化剂层接触的一侧，然后去除溶剂。3.根据权利要求2所述的一种憎水透氧质子交换膜燃料电池阴极的制备方法，其特征是：在上述方法中，氟化硅氧烷在所制得的无孔或者微孔氧气渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈融，周江东，张宝春，朱光明，
申请(专利权)人：南通百应能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32