基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极及制备与应用制造技术

本发明专利技术属于电化学能源领域，具体涉及一种基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极及制备和应用，该膜电极包括依次层叠的阳极、磷酸浸渍的PBI膜和阴极，其中阳极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有氢气氧化电催化剂和CO转化催化剂混合层的气体扩散电极，阴极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有阴极催化剂层的气体扩散电极。可实现贫氢重整气的直接进料，燃料电池放电性能影响不大。

【技术实现步骤摘要】
基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极及制备与应用
本专利技术属于电化学能源领域，具体涉及一种基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极及制备方法
技术介绍
：燃料电池是一种将燃料和氧化剂分子中的化学能通过多孔电极内的电催化反应直接转换为电能的反应装置，不受卡诺循环限制，是一种高效的发电技术。传统的质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气为燃料，受限于所使用的固态质子交换膜(如Nafion膜)的工作温度区间，PEMFC工作温度一般不高于80℃。PEMFC主要采用Pt金属纳米颗粒为阳极氢气氧化反应和阴极氧还原反应的催化剂。PEMFC阳极氢气主要通过甲醇或乙醇等液体燃料催化重整获得，然而由于重整气中CO浓度高(1-3％)，易造成阳极Pt催化剂的中毒，电池放电性能差。通过提高操作温度可减缓或消除Pt催化剂的CO毒化效应，如在高温质子膜燃料电池中，通过高温PBI膜的引入，可将电池温度提高至150-200℃，进而可直接采用重整气进料而不需要额外的氢气提纯净化装置。如CN206340609U公开了一种基于甲醇外重整燃料电池系统，主要包括蒸发器、重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极，其特征在于：/n该膜电极包括依次层叠的阳极、磷酸浸渍的PBI膜和阴极，其中阳极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有氢气氧化电催化剂和CO转化催化剂混合层的气体扩散电极，阴极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有阴极催化剂层的气体扩散电极。/n

【技术特征摘要】
1.基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极，其特征在于：
该膜电极包括依次层叠的阳极、磷酸浸渍的PBI膜和阴极，其中阳极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有氢气氧化电催化剂和CO转化催化剂混合层的气体扩散电极，阴极为气体扩散层面向膜一侧表面涂覆有阴极催化剂层的气体扩散电极。


2.按照权利要求1所述膜电极，其特征在于：
所述阳极氢气氧化电催化剂为质量负载量20-60％的Pt/C或Pt黑电催化剂中的一种或两种以上的组合；
所述阳极氢气氧化电催化剂的Pt载量为0.5-2mg/cm2；
所述CO转化催化剂为活性金属质量负载量20-60％的RuNi/C、RuNi黑、活性金属质量负载量20-60％的AuNi/C、AuNi黑、活性金属质量负载量20-60％的IrNi/C、IrNi黑催化剂中一种或两种以上的组合；活性金属中贵金属与Ni的摩尔比为1：1到3：1；
所述CO转化催化剂的活性金属载量为0.1-0.5mg/cm2。


3.按照权利要求1所述膜电极，其特征在于：
阴极催化剂为质量负载量20-60％的Pt/C、Pt黑、质量负载量20-60％的PtCo/C、质量负载量20-60％的PtNi/C电催化剂中的一种或两种以上的组合；活性金属中Pt与Co或Ni的摩尔比为1：1到3：1；
阴极Pt载量为0.5-3mg/cm2。


4.按照权利要求1所述膜电极，其特征在于：
气体扩散层为面向膜一侧表面涂覆有碳粉和粘结剂PTFE混合层的碳纸、碳布、导电碳毡中的一种；碳粉载量为1-3mg/cm2，粘结剂PTFE载量为0.1-0.3mg/cm2；
所述PBI-磷酸掺杂膜中磷酸含量为300-500wt％。


5.一种权利要求1-4任一基于贫氢重整气进料高温质子膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
制备气体扩散层：于面向膜一侧的碳纸、碳布、导电碳毡的表面涂覆碳粉和粘结剂PTFE混合层，经烘干热处理后得到气体扩散层；
所述扩散层浆液的制备方法为称取碳粉与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，李焕巧，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21