一种变接触角非贵金属基膜电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及燃料电池领域。尤其是涉及一种具有变接触角非贵金属催化层的膜电极组件及其制备方法。通过采用变接触角阴极催化层，在靠近气体扩散层一侧离聚物含量低，接触角大，有利于气体进入膜电极内进行反应以及液体排出；在靠近质子交换膜一侧离聚物含量高，接触角小同时仍保持疏水，一方面有利于离聚物水含量提升，降低质子传输阻力，另一方面疏水性提高了液体传输能力，避免较厚的非贵金属基催化层传质能力下降，从而优化了阴极侧气体扩散层与较厚的非贵金属催化层的界面，进一步降低了气液传输阻力，提升了膜电极性能。因此，将此膜电极用于制备燃料电池，可以有效提高燃料电池功率密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池领域。尤其是涉及一种具有变接触角非贵金属催化层的膜电极组件及其制备方法。

技术介绍

1、化石等传统能源的使用带来的环境污染问题和能源安全问题阻碍着国家的高质量发展。发展清洁能源成为全人类的共识。其中氢能作为零碳能源，是理想的储能介质和能源载体。燃料电池是氢能高效利用的核心，而膜电极是燃料电池的关键部件。膜电极中催化剂的成本约占膜电极成本的41％，常采用贵金属pt基催化剂(journal ofpower source,2018,399:304-313)。尤其是阴极侧缓慢的氧还原反应通常需要高负载量的贵金属催化剂。高昂的催化剂成本阻碍了质子交换膜燃料电池的商用。近年来，非贵金属氧还原催化剂得到了长足的发展，并展现出商业化的趋势(journal ofpower sources,2023,586:233534)。因此，开发性能稳定、成本更低的非贵金属基膜电极是促进燃料电池发展的主要方向。

2、然而，非贵金属氧还原催化剂由于本征动力学活性较低，在阴极侧的负载量通常高于贵金属催化剂，导致非贵金属基催化层厚度比pt基催化层厚约2～3倍，本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，包括阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层和阳极气体扩散层；

2.根据权利要求1所述变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，所述阴极催化层三个子层之间非贵金属催化剂的添加量相等，其接触角的变化通过添加不同质量的离聚物调节。

3.根据权利要求2所述变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，按质量比计，所述阴极催化层中子层中离聚物与非贵金属催化剂的质量比值为0.8，离聚物添加量由阴极催化层内子层至阴极催化层外子层依次增加，两相邻子层质量比增加0.02～0.6。

4.根据权利要求2所述变接触角非贵金属基膜电...

【技术特征摘要】

1.一种变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，包括阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层和阳极气体扩散层；

2.根据权利要求1所述变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，所述阴极催化层三个子层之间非贵金属催化剂的添加量相等，其接触角的变化通过添加不同质量的离聚物调节。

3.根据权利要求2所述变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，按质量比计，所述阴极催化层中子层中离聚物与非贵金属催化剂的质量比值为0.8，离聚物添加量由阴极催化层内子层至阴极催化层外子层依次增加，两相邻子层质量比增加0.02～0.6。

4.根据权利要求2所述变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，所述非贵金属催化剂中的非贵金属元素为fe、co、ni、mn、cu、zn中任意一种或任意组合。

5.根据权利要求2所述变接触角非贵金属基膜电极，其特征在于，所述离聚物为质子交换树脂，包括长链全氟磺酸、短链全氟磺酸或长短链混合全氟磺酸中任意一种或任意组合。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹达鹏，谯康伟，孙盼盼，邢明辉，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：