一种燃料电池用疏水性可调的纳米管阵列电极及制备和应用制造技术

本发明专利技术属于质子交换膜燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池用疏水性可调的合金纳米管阵列电极及其制备和应用。具体包括金属纳米管阵列的制备、金属纳米管阵列的合金化及疏水化工程、膜电极的组装。首先通过两步水热法在基板表面构建金属纳米管阵列；然后采用浸渍或超声喷涂法将疏水性物质引入到金属纳米管阵列之上；接着进行热解以实现纳米管阵列的合金化和疏水化工程；最后，将纳米管阵列转印在质子膜上，并对膜电极进行洁净处理。该膜电极可应用于质子交换膜燃料电池。本发明专利技术所制备的疏水性可调的纳米管阵列电极具有催化剂活性和稳定性高、铂载量低、水管理好和易于放大等优点。水管理好和易于放大等优点。水管理好和易于放大等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用疏水性可调的纳米管阵列电极及制备和应用


[0001]本专利技术属于聚合物膜燃料电池
，涉及一种燃料电池用疏水性可调的合金纳米管阵列电极及制备和应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池因其能量转换效率高、工作温度低、环境友好等优点受到各界的广泛关注，在汽车、航空航天、固定电站等领域具有广阔前景。然而，膜电极组件的高成本和耐久性不足阻碍了其大规模商业化。在膜电极组件(MEA)中，阴极需要更多昂贵的铂来催化氧还原反应(ORR)的迟缓动力学。为了解决上述问题，人们做出了巨大的努力，主要是开发具有高活性和耐久性的低铂或非铂催化剂，包括铂基合金、核壳结构以及过渡金属(Fe,Co,Mn等)和氮共掺杂碳基催化剂。虽然有些催化剂在半电池中表现出优异的催化活性和稳定性，但在全电池中表现不佳。PEMFC中的实际工作环境与半电池的测试环境完全不同。在半电池测试中，研究者采用旋转(环)盘电极(RDE)来增强传质，消除浓度极化，以最大化获得固有的催化活性。在实际操作中，气体的持续流动伴随着液态水的演化，会在催化剂层内造成严重的水淹，导致部分活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用疏水性可调的合金纳米管阵列电极，其特征在于：所述的电极包括合金纳米管阵列，所述的合金纳米管阵列上修饰有疏水剂，并进行对其进行热处理；所述的合金为Pt
‑
Zn合金，或Pt
‑
Zn与Au、Ir、Pd、Rh、Ag、Fe、Ru、Cu、Ni、Co或M中的一种或多种组成的合金；纳米管的直径为20
‑
50nm，长度为0.2
‑
2.0μm。2.根据权利要求1所述的合金纳米管阵列电极，其特征在于，所述的疏水剂为PVDF、PTFE、Nafion树脂或无定型的全氟聚合物中的一种或几种。3.根据权利要求1
‑
2中任意一项所述的燃料电池用疏水性可调的纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用水热法在基板上生长ZnO纳米线阵列，所述的模板为不锈钢片、不锈钢网、铜片、PTFE膜、塑料片、镍片、铝箔或者钛片中的一种；(2)利用自牺牲模板法将ZnO纳米线阵列转化成金属纳米管阵列；(3)金属纳米管阵列进行合金化和疏水化工程；(4)利用热压法将纳米管阵列转印于质子交换膜之上，后经洁净处理得到膜电极。4.根据权要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)利用自牺牲模板法将ZnO纳米线阵列转化成金属纳米管阵列，具体制备过程如下：A.配置金属前驱物和还原剂的混合溶液；B.将长有ZnO纳米线阵列的基板放入反应液中，于30
‑
100
ο
C下反应30
‑
200min；C.将载有金属纳米管阵列的基板取出，用去离子水冲洗，后置于50
‑
100
ο
C下干燥。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的金属前驱物为贵金属前驱物、或贵金属前驱物与非贵金属前驱物混合，金属前驱物在混合溶液中的浓度为0
‑
10mM；所述贵金属前驱物为Pt、Ru、Ir、Au、Rh、Pd和Ag的金属盐中的一种或几种，非贵金属前驱物为Ni、Co、Cu、Fe和Mn的金属盐中的一种或几种；所述的还原剂为抗坏血酸、柠檬酸钠、柠檬酸、硼氢化钠、甲酸和盐酸羟胺中的一种或几种，还原剂在混合溶液中的浓度为0.1
‑
100mM。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的贵金属前驱物H2PtCl6、PtCl2、Pt...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉江，李永鹏，秦嘉琪，韩光旗，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：