具有催化层水管理区的燃料电池自增湿膜电极的制备方法及其膜电极技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，涉及低温膜燃料电池，特别涉及一种具有催化层水管理区的燃料电池自增湿膜电极的制备方法，包括：亲水

【技术实现步骤摘要】
具有催化层水管理区的燃料电池自增湿膜电极的制备方法及其膜电极


[0001]本专利技术属于燃料电池
，涉及低温膜燃料电池，特别涉及一种具有催化层水管理区的燃料电池自增湿膜电极的制备方法及其膜电极。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有比能量高、环境友好、可在室温下快速启动等优点，被认为是本世纪最有前景的新能源技术之一。然而，以全氟磺酸为代表的聚合物膜，其质子传输能力严重依赖其水合程度。因此，PEMFC系统中气体通常需要额外的加湿，以保证聚合物在膜和催化层中的良好水合状态。与此同时，气体加湿和电极反应所产生的多余水分必须及时排出，以免堵塞气体传输通道造成“液泛”。严格的水管理增加了PEMFC系统的复杂性以及成本，阻碍了PEMFC商业化进程。
[0003]因此，出现了PEMFC的自增湿技术，实现PEMFC的自增湿可以简化系统的结构、减小系统的体积及重量、减少系统本身的能耗及提高燃料电池系统的能量输出效率、降低燃料电池系统的成本，有利于实现质子交换膜燃料电池的商业化。开发自增湿膜电极 (MEA)，简化水管理，对于PE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有催化层水管理区的燃料电池自增湿膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）气体扩散层的形成：基底于沸腾的有机溶剂中洗涤10～30min，除去表面杂质后干燥1～3h，将其浸于疏水剂中5～60s，优选15s，70℃干燥1～3h，置于马弗炉320～400℃烧结20～40min形成疏水层，再将碳粉均匀负载于疏水层表面，碳粉的负载量为1～3mg/cm2，优选2mg/cm2，70℃干燥2～3h，再置于马弗炉320～400℃烧结20～40min得到气体扩散层；（2）水管理区的形成：将亲水材料、亲水粘结剂按照质量体积比为5～8mg:5～2mg: 5～20mL分散在有机溶剂中，超声分散0.5～1.5h形成均匀的可喷涂浆料，按照模板骨架喷涂到气体扩散层上，干燥形成亲水水管理区；将碳粉、疏水粘结剂按照质量比为5～8mg:5～2mg: 5～20mL分散在有机溶剂中，超声分散0.5～1.5h形成均匀的可喷涂浆料，按照模板骨架喷涂于气体扩散层表面，干燥后形成疏水水管理区；（3）带有水管理区的催化层的制备：将Pt催化剂、粘结剂按照质量比为4～10mg: 1～3mg分散在有机溶剂中，超声为均匀的催化层浆料；按照模板空白处喷涂到含亲/疏水水管理区的气体扩散层表面，形成带有水管理区的阳/阴极催化层；70℃干燥2～3h，其中Pt催化剂在催化层中负载量为0.1～0.2mg/cm2；（4）质子交换膜的预处理：质子交换膜浸于3～5% H2O
2 中70～90℃处理1～2h，取出后用去离子水洗净，再置于0.5～1mol/L H2SO4中70～90℃处理1～2h，取出后去离子水70～90℃恒温处理0.5h，放置于盛有纯净去离子水的容器中备用；（5）膜电极的制备：将步骤(3)所制备的带有水管理区的催化层分别贴合于经预处理的质子交换膜两侧，3～4MPa热压5～10min，即得。2.根据权利要求1所述具有催化层水管理区的燃料电池自增湿膜电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述基底为多孔纤维碳纸或碳布，厚度0.10～0.37mm，孔隙率50～80%，优选TGP

【专利技术属性】
技术研发人员：苏华能，解政，张玮琦，马强，徐谦，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：