聚合物超短纤维作为疏水剂的燃料电池膜电极及其制备方法技术

一种聚合物超短纤维作为疏水剂的燃料电池膜电极及其制备方法。本膜电极的催化剂层掺杂了聚合物超短纤维。制备方法是将含负载型催化剂、固体聚合物电解质、聚合物超短纤维及溶剂的催化剂料浆涂敷在气体扩散层表面制得气体扩散层电极，然后将该电极与质子交换膜热压制得质子交换膜燃料电池膜电极；或者通过转移法将已固化的催化剂层转移到质子交换膜两侧制得催化剂／膜核心组件。本发明专利技术与颗粒状的聚合物疏水剂相比，增加了催化剂层的排水功能，具有良好的反应气体扩散通道；增强了结构，催化剂尺寸稳定性及耐久性得到提高；与高温处理、原位拉伸或振动形成纤维状聚合物技术相比，避免了固体聚合物电解质的原纤维化或焦化，简化了膜电极的制备工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池用膜电极及其制备方法，特别是催化剂层中包含有聚合物超短纤维的质子交换膜燃料电池用膜电极及其制备方法，制备膜电极的催化剂层具有良好的气体通道，而且机械强度及尺寸稳定性得到增强。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种通过电化学方式直接将化学能转化为电能的发电装置，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。这是因为燃料电池不受卡诺循环的限制，能量转化效率高。而且由于是H2和O2的化学反应，其产物是水，实现了真正意义上的零排放。车载质子交换膜燃料电池在某些条件下往往会造成水淹电极，阻碍气体通道，使电池性能降低：电池在大电流条件下工作，在阴极反应生成大量的Faraday水，使阴极发生水淹；出于降低成本及提高面电导的考虑，膜电极用超薄质子交换膜(如厚度低于50微米的质子交换膜)，造成反扩散水增加，使阳极发生水淹；膜电极材料及结构的疏水性差，使膜电极中多余的水不能及时排出。目前质子交换膜阴、阳极普遍使用100％的加湿方案来提升电池的性能，反而加重了电池的水淹。解决电池的水淹电极问题可采取的办法主要有：使电池在低增湿(无增湿)或高温(可使液态水气化)条件下工作，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池用膜电极，其特征在于，所述的膜电极为聚合物超短纤维作为疏水剂的燃料电池膜电极，膜电极的催化剂层的主要组分是负载型催化剂、固体聚合物电解质及聚合物超短纤维，而且负载型催化剂，固体聚合物电解质，聚合物短纤维的固体质量比为：１～２∶０．５∶０．０５～０．２，所述的聚合物超短纤维是聚四氟乙烯、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、芳族聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二酯超短纤维中的任一种。

【技术特征摘要】
1、一种质子交换膜燃料电池用膜电极，其特征在于，所述的膜电极为聚合物超短纤维作为疏水剂的燃料电池膜电极，膜电极的催化剂层的主要组分是负载型催化剂、固体聚合物电解质及聚合物超短纤维，而且负载型催化剂，固体聚合物电解质，聚合物短纤维的固体质量比为：1～2∶0.5∶0.05～0.2，所述的聚合物超短纤维是聚四氟乙烯、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、芳族聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二酯超短纤维中的任一种。2、如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用膜电极，其特征在于，所述的负载型催化剂的活性组分为具有高催化活性的贵金属单质或贵金属合金：贵金属合金为MxNy或MxNyOz，其中M、N、O分别为Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga、Mo中的任一金属元素，且M、N、O互不相同，x、y、z为催化剂中各金属质量比，其数值分别为0～100中的自然数，且x+y＝100或x+y+z＝100；贵金属单质为Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os中的任意一种，电催化剂的载体是纳米导电碳黑XC-72、介孔碳、纳米导电陶瓷、纳米石墨球、碳纳米管和纳米碳纤维中的任一种。3、如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用膜电极，其特征在于，所述的固体聚合物电解质为全氟磺酸树脂、磺化聚砜类树脂、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亚胺树脂、磺化聚苯乙烯树脂、磺化聚醚醚酮树脂中的任一种。4、如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用膜电极，其特征在于，所述的聚合物超短纤维的直径为0.01～1微米，长度为0.01～500微米。5、如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用膜电极，其特征在于，所述的质子交换膜为Nafion膜、Dow膜、Flemion膜、Aciplex膜，以PTFE多孔膜为基底的复合膜Gore-selectTM；Ballard公司的部分氟化的质子交换膜BAM3G...

【专利技术属性】
技术研发人员：木士春，田明星，潘牧，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]