The invention belongs to the technical field of fuel cells, and provides a membrane electrode for improving the catalytic activity of carbon-based fuel cells and a preparation method. In this method, graphene oxide was loaded on silicon substrates with carbon fiber arrays, nitrogen doped and structure expanded, and then Nafion resin was added to prepare catalyst layer. The catalyst layer was further compounded with gas diffusion layer, anode catalyst and proton exchange membrane, and the silicon substrates were etched and removed to prepare carbon-based fuel cell membrane electrode. Compared with the traditional method, the fuel cell membrane electrode prepared by the present invention has a large number of specific surface area and active sites, and plays the role of controlling the graphene layer spacing by controlling the carbon fiber array and the amount of ammonia gas introduced, thus effectively improving the catalytic activity. The preparation process is simple and the cost is low, and it can be widely used in the field of proton exchange membrane fuel cells.
【技术实现步骤摘要】
一种提高碳基燃料电池催化活性的膜电极及制备方法
本专利技术属于燃料电池的
,提供了一种提高碳基燃料电池催化活性的膜电极及制备方法。
技术介绍
由于世界性的能源危机,加之传统能源对环境造成的污染加剧,燃料电池作为一种新的高能量密度、高能量转化率、环保型的电源装置而受到全世界的广泛关注燃料电池的种类很多,目前,燃料电池主要被分为六类。碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池。质子交换膜燃料电池,具有工作温度低、启动速度快、模块式安装和操作方便等优点,被认为是电动车、潜艇、各种可移动电源、供电电网和固定电源等的最佳替代电源。质子交换膜燃料电池由膜电极和带气体流动通道的双极板组成。其核心部件膜电极是采用一片聚合物电解质膜和位于其两侧的两片电极热压而成,中间的固体电解质膜起到了离子传递和分割燃料和氧化剂的双重作用,而两侧的电极是燃料和氧化剂进行电化学反应的场所。膜电极是多相物质传输和电化学反应场所,决定着质子交换膜燃料电池的性能、寿命及成本,主要由催化剂、质子交换膜及其溶液、气体扩散层制备而成。膜电极的制备工艺一直是燃料电池领域的核心技术。目前相对成熟的贵金属催化剂价格高、用量大,由于碳材料具有极强的抗酸碱腐蚀能力,同时对于纯氢气与纯氧的耐久性也优于金属材料,同时其成本相对较低,有望代替贵金属作为燃料电池的催化剂。目前国内外在质子交换膜燃料电池膜电极技术,尤其是碳基膜电极方面已取得了一定成效。其中林淑萍等人专利技术了一种燃料电池膜电极的制备方法(中国专利技术专利申请号201710846514.2 ...
【技术保护点】
1.一种提高碳基燃料电池催化活性的膜电极的制备方法,其特征在于,以表面生长碳纤维阵列的硅基底负载氧化石墨烯,并进行氮掺杂和结构膨胀,再滴加nafion树脂制得催化剂层,进一步与气体扩散层、阳极催化剂、质子交换膜复合,并刻蚀除去硅基底,制得碳基燃料电池膜电极,制备的具体步骤如下:(1)将表面生长碳纤维阵列的硅基底浸渍于分散有氧化石墨烯的去离子水溶液中,浸渍一定时间,取出后置于低温下冷冻干燥;(2)将硅基底置于氨气环境下进行退火处理,氧化石墨烯转变为氮掺杂石墨烯,同时整体结构膨胀,然后在碳纤维阵列的表面滴加nafion树脂,并进行真空干燥,制得多孔结构的催化剂层;(3)将步骤(2)制得的催化剂层的基底侧与气体扩散层粘结复合,催化剂层的碳纤维阵列侧与负载有阳极催化剂的质子交换膜粘结复合,形成完整的膜电极,然后使用氢氟酸刻蚀除去硅基底,制得提高碳基燃料电池催化活性的膜电极。
【技术特征摘要】
1.一种提高碳基燃料电池催化活性的膜电极的制备方法,其特征在于,以表面生长碳纤维阵列的硅基底负载氧化石墨烯,并进行氮掺杂和结构膨胀,再滴加nafion树脂制得催化剂层,进一步与气体扩散层、阳极催化剂、质子交换膜复合,并刻蚀除去硅基底,制得碳基燃料电池膜电极,制备的具体步骤如下:(1)将表面生长碳纤维阵列的硅基底浸渍于分散有氧化石墨烯的去离子水溶液中,浸渍一定时间,取出后置于低温下冷冻干燥;(2)将硅基底置于氨气环境下进行退火处理,氧化石墨烯转变为氮掺杂石墨烯,同时整体结构膨胀,然后在碳纤维阵列的表面滴加nafion树脂,并进行真空干燥,制得多孔结构的催化剂层;(3)将步骤(2)制得的催化剂层的基底侧与气体扩散层粘结复合,催化剂层的碳纤维阵列侧与负载有阳极催化剂的质子交换膜粘结复合,形成完整的膜电极,然后使用氢氟酸刻蚀除去硅基底,制得提高碳基燃料电池催化活性的膜电极。2.根据权利要求1所述一种提高碳基燃料电池催化活性的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述浸渍的时间为10~14h。3.根据权利要求1所述一种提高碳基燃料电池催化活性的膜电极的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述氧化石墨烯的去离子水溶液中,氧化石墨烯的质量分数为5~8%。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈庆,廖健淞,
申请(专利权)人:成都新柯力化工科技有限公司,
类型:发明
国别省市:四川,51
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