燃料电池薄电极的制备方法技术

本发明专利技术采用Ｐｔ／Ｃ催化剂和ＰＴＦＥ高度分散然后抽滤，再将混合物转移到气体扩散层上，经３０－１３０℃下真空干燥，烧结，然后表面填充聚合物电解质，再经真空干燥的方法制备燃料电池薄电极，由于降低了电极的铂载量，提高了铂的利用率，因此使电极制造成本显著降低而电极性能明显提高。电极制备过程迅速，工艺简便易行，无需特殊设备，重现性好。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于。聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)由于具有能量转换效率高、无噪声、无污染、灵活性大等特点及其广阔的应用前景，现已成为国际性的研究热点之一。在燃料电池中，电极的制备工艺是影响电池性能的关键之一。在燃料电池30多年的发展过程中，人们先后研究了涂膏法、浇铸法、滚压法、电化学催化技术等多种电极制备工艺，使电池性能得到了不断的提高。然而，上述这些方法存在的一个重要问题是一方面由于制备电极所采用的催化剂绝大多数为金属铂，而铂价格昂贵，资源有限，因此实际应用中PEMFC的成本居高不下。另一方面，上述方法制备的电极厚度较大，而模型计算结果表明，PEMFC电极催化层的有效厚度约为0.4-4μm，如果厚度过大，则催化层内传质距离增加，导致大电流放电时电极产生严重的浓差极化，降低铂的利用率。本专利技术的目的是采用将催化剂、PTFE和水进行混合抽滤的方法制备燃料电池薄电极，从而减少电极的铂载量，提高铂的利用效率，使电极制造成本显著降低而电极性能明显提高。本专利技术采用Pt/C催化剂，加入10-40％的聚四氟乙烯乳液并和蒸馏水混合，用超声波发生器分散2-20分钟，将分散好的悬浊液进行抽滤，然后把混合物均匀地转移到碳纸上，在30-130℃下真空干燥2-24小时，再于190-300℃氩气保护下烧结1-6小时，然后表面填充5-25％浓度为5％的聚合物电解质(Nafion)，再于30-110℃下真空干燥2-24小时。由于本专利技术将催化剂和PTFE高度分散然后抽滤，因此催化剂颗粒均匀地分布到了催化层中，并且转移到气体扩散层(如碳纸)上的催化层的厚度得以大大降低且十分均匀，此方法还能够对电极催化层的厚度进行有效的控制。实验结果表明，采用薄电极技术制备电极，不仅显著地降低了贵金属催化剂的载量，而且电极性能也得以大大提高。本专利技术制备燃料电池薄电极的方法与以往报道的各种燃料电池电极制备方法相比具有如下的优点(1)降低了电极的铂载量；(2)催化剂铂的利用率大大提高；(3)制备过程迅速，操作简便易行，无需特殊设备；(4)重现性好。本专利技术提供的实施例如下实施例1将10mgPt/C催化剂与40％PTFE(10％乳液)和蒸馏水混合，用超声波发生器分散2分钟，抽滤并将混合物均匀转移到碳纸上，30℃下真空干燥12小时，190℃下烧结6小时(氩气保护)，表面填充5％Nafion，再于30℃真空干燥12小时。将此电极制成电极/膜集合体后组装电池进行测试。电极放电电流可达到2.5-2.8A/cm2，电极功率密度可达1.1-1.4w/cm2。实施例2将5mgPt/C催化剂与30％PTFE(10％乳液)和蒸馏水混合，用超声波发生器分散10分钟，抽滤并将混合物均匀转移到碳纸上，70℃下真空干燥24小时，250℃下烧结3小时(氩气保护)，表面填充12％Nafion，再于70℃真空干燥24小时。将此电极制成电极/膜集合体后组装电池进行测试。电极放电电流可达到2.7-3.1A/cm2，电极功率密度可达1.2-1.5w/cm2。实施例3将2.5mgPt/C催化剂与10％PTFE(25％乳液)和蒸馏水混合，用超声波发生器分散20分钟，抽滤并将混合物均匀转移到碳纸上，130℃下真空干燥2小时，300℃下烧结1小时(氩气保护)，表面填充25％Nafion，再于110℃真空干燥2小时。将此电极制成电极/膜集合体后组装电池进行测试。电极放电电流可达到2.6-2.9A/cm2，电极功率密度可达1.1-1.5w/cm2。权利要求1.一种，其特征在于采用Pt/C催化剂，加入10-40％的聚四氟乙烯乳液并和蒸馏水混合，用超声波发生器分散2-20分钟，将分散好的悬浊液进行抽滤，然后把混合物均匀地转移到碳纸上，在30-130℃下真空干燥2-24小时，再于190-300℃氩气保护下烧结1-6小时，然后表面填充5-25％浓度为5％的聚合物电解质(Nafion)，再于30-110℃下真空干燥2-24小时。全文摘要本专利技术采用Pt/C催化剂和PTFE高度分散然后抽滤,再将混合物转移到气体扩散层上,经30—130℃下真空干燥,烧结,然后表面填充聚合物电解质,再经真空干燥的方法制备燃料电池薄电极,由于降低了电极的铂载量,提高了铂的利用率,因此使电极制造成本显著降低而电极性能明显提高。电极制备过程迅速,工艺简便易行,无需特殊设备,重现性好。文档编号H01M4/88GK1235384SQ98108618公开日1999年11月17日 申请日期1998年5月9日 优先权日1998年5月9日专利技术者孙公权, 刘晶华 申请人:中国科学院长春应用化学研究所 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池薄电极的制备方法，其特征在于采用Ｐｔ／Ｃ催化剂，加入１０－４０％的聚四氟乙烯乳液并和蒸馏水混合，用超声波发生器分散２－２０分钟，将分散好的悬浊液进行抽滤，然后把混合物均匀地转移到碳纸上，在３０－１３０℃下真空干燥２－２４小时，再于１９０－３００℃氩气保护下烧结１－６小时，然后表面填充５－２５％浓度为５％的聚合物电解质（Ｎａｆｉｏｎ），再于３０－１１０℃下真空干燥２－２４小时。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙公权，刘晶华，陆天虹，邢魏，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]