【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，特别的涉及一种燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法及膜电极。
技术介绍
1、膜电极(membraneelectrodeassembly，mea)是空冷燃料电池的核心部件，为燃料电池提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。膜电极由质子交换膜、阴/阳极催化层、阴/阳极气体扩散层组成，其各个部件都对膜电极有很大的影响。质子交换膜燃料电池在高温环境下不仅可以提高阴极的反应性能，还可以提高催化剂对电池内的污染物的容忍度，使得高温条件下质子交换膜燃料电池系统的气体扩散、水管理和余热管理等也可得到改善。但是质子交换膜燃料电池在高温环境下工作易造成质子交换膜上的水分挥发，而质子交换膜的质子传导率的好坏与电解质内的含水量呈现一定的线性相关性，当电池环境的湿度降低时，膜内含水量会随之减小造成电解质膜出现逐渐缺水的现象，膜的电导率也会降低，导致燃料电池的内部阻抗急剧增大，这就需要复杂的水管理系统来为燃料电池提供增湿效果，但是额外的加湿系统需要消耗额外的能量，能量的消耗会带来的大量成本问题。
2、基于上述问题，为了使质子交换膜燃料电池在高温环境下保持优异的电化学性能，本专利技术提供了一种既可以提升燃料电池对高温的容忍度，又能增加保水能力的催化层来提升膜保水能力的耐高温自增湿膜电极。这样不仅可以省去燃料电池辅组系统，还可以简化燃料电池的系统结构，使得实际应用更加方便，同时使膜电极耐高温化又可以提升燃料电池的反应性能。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，由以下步骤制成：
4、s1耐高温短链复合膜的制备，由活化、干燥、浸泡、洗涤四个步骤制成：
5、活化：将多孔的聚四氟乙烯(eptfe)膜完全浸入na型的短链全氟磺酸树脂溶液(aquivion)中，使之转化成na型全氟磺酸短链复合膜，并加入表面活性剂tritonx100进行活化；
6、干燥：将经过活性剂活化后的所述na型全氟磺酸短链复合膜浸渍于树脂溶液中，并抽真空，使所述na型全氟磺酸短链复合膜在真空环境下浸渍5min，再将浸渍后的所述na型全氟磺酸短链复合膜放入300℃烘箱进行干燥，并在无氧环境下维持热处理1min；
7、浸泡：将所述na型全氟磺酸短链复合膜放置在0.5mol/l的硫酸溶液中浸泡1小时，使所述na型全氟磺酸短链复合膜完全质子化，转变成h型全氟磺酸短链复合膜；
8、洗涤：将所述h型全氟磺酸短链复合膜用去离子水洗涤30min，使参杂在所述h型全氟磺酸短链复合膜中的硫酸杂质去除；
9、s2自增湿催化剂层的制备，包括混合搅拌，分散，喷涂：
10、混合搅拌：将经过研磨的铂碳催化剂、保水剂与去离子水混合形成混合溶液，并用玻璃棒搅拌所述混合溶液至使所述铂碳催化剂表面湿润；
11、分散：将异丙醇加入所述混合溶液中，再通过超声机超声处理10min～15min，随后加入nafion树脂溶液，并通过高速搅拌器在转速为20000rpm的条件下高速搅拌10min，最后形成催化剂浆料；
12、喷涂：将制备好的所述催化剂浆料超声喷涂在离型膜上，形成催化剂层；
13、s3膜电极的制备，将所述h型全氟磺酸短链复合膜和所述催化剂层在压力为10mpa、温度为125℃的条件下热压90s，使所述所述h型全氟磺酸短链复合膜和所述催化剂层相互贴合形成耐高温自增湿膜电极。
14、进一步的，所述保水剂为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的一种或多种。
15、进一步的，所述铂碳催化剂、二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的粒径为6～12nm。
16、进一步的，所述铂碳催化剂、保水剂和去离子水的比例为1:10:20或1：40：40。
17、进一步的，所述催化剂层上的铂载量为0.30mg/cm2～0.40mg/cm2。
18、一种燃料电池耐高温自增湿膜电极，包括由如上述制造方法制成的所述h型全氟磺酸短链复合膜和催化剂层。
19、综上所述，本专利技术有益效果为：
20、膜电极的性能主要依赖于质子交换膜将水分子分解成氢离子，使氢离子从阳极侧通过膜到达阴极侧，从而形成电化学反应，产生电能，传统的长链在高温低湿的环境下，由于保水性能不佳，水分蒸发导致电化学速率迅速下降，且高温环境下的局部热点会导致膜穿孔，最终影响pemfc电堆运行的安全性；而短链全氟磺酸树脂膜材料在水合条件下的水簇甚至在高温低湿条件下仍保持较好的联通性，好的联通性能使得其在高温低湿的电池运行条件下有着较好的质子传导率。此外，由于它具有比长链更高的玻璃化转变温度，短链全氟磺酸质子交换膜的机械性能和热稳定性能也非常优越，而经过热处理后膜内结晶度随热处理温度升高而升高，使膜内离子团簇排布更加紧密和规整，提高膜的机械强度，膜内离子团簇排布更加紧密和规整，为质子传输提供了良好的通道，提高了质子导电率。另外，热处理温度越高，可有效降低短链全氟磺酸质子交换膜在干湿循环下由于溶胀应力造成的破坏，有利于提高膜的稳定性。
21、另外，二氧化硅，氧化铝、二氧化钛的添加有利于存储膜电极的水分，使膜失水率减少；从而实现自增湿，且二氧化硅、氧化铝、二氧化钛在催化层上稳定性强，不易腐蚀碳载体；另一方面二氧化硅、氧化铝或者二氧化钛添加在催化层中可控性好，不易团聚絮凝，制备的催化层表面平整度和耐久性显著提升，制备的电池在高电位下不易击穿短路，耐久性显著提升。
22、二氧化硅，氧化铝、二氧化钛的粒径选择6～12nm,有利于防止催化剂的团聚絮凝，在喷涂时更能防止质子交换膜被损坏。
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1.一种燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，由以下步骤制成：
2.如权利要求1所述的燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，所述保水剂为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的一种或多种。
3.如权利要求2所述的燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，所述铂碳催化剂、二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的粒径为6～12nm。
4.如权利要求1所述的燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，所述铂碳催化剂、保水剂和去离子水的比例为1:10:20或1：40：40。
5.如权利要求1所述的燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，所述催化剂层上的铂载量为0.30mg/cm2～0.40mg/cm2。
6.一种燃料电池耐高温自增湿膜电极，其特征在于，包括由如权利要求1～5任一项所述制造方法制成的所述H型全氟磺酸短链复合膜和催化剂层。
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，由以下步骤制成：
2.如权利要求1所述的燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，所述保水剂为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的一种或多种。
3.如权利要求2所述的燃料电池耐高温自增湿膜电极的制造方法，其特征在于，所述铂碳催化剂、二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的粒径为6～12nm。
4.如权利要求1所述的燃料电池耐高...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海力，陈利康，鲍晓囡，
申请(专利权)人：浙江氢航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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