一种燃料电池膜电极的制备方法技术

技术编号:7975770 阅读:133 留言:0更新日期:2012-11-16 00:58
发明专利技术公开了燃料电池膜电极的制备方法,将催化剂和粘结剂聚偏氟乙烯分散于分散剂中,得到浆料;将碳布作为支撑层,并在支撑层上制备扩散层;将浆液涂覆在扩散层上,在150~180℃、惰性气体中焙烧1~2h;然后在130~150℃、5~10MPa下热压3~6分钟,得到膜电极。该采用了新的催化剂制备方法提高了膜电极的催化活性和效率,采用了新的扩散层的制备方法,有效地提高了电池的性能及其稳定性,降低了电池的极化损失,从而提高了燃料电池的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及,尤其涉及一种制备高比容量、耐腐蚀性强、循环寿命长的膜电极的制备方法。
技术介绍
近年来,经过各国科学家与相关产业人员的努力,燃料电池关键材料与系统集成技术获得了飞速发展,配套产业也日趋成熟。质子交换膜燃料电池(PEMFC)采用固态电解质高分子膜作为电解质,因此具有能量转化率高、低温启动、无电解池泄漏、无腐蚀、寿命长等优点。因此被公认为最有希望成为航天、军事、电动汽车和区域性电站的首选电源。膜电极(MEA)被称之为燃料电池发电的“心脏”,其性能和稳定性的高低直接决定了燃料电池性能的优劣。因此,高性能膜电极的制备对燃料电池性能的提高和实用化进程的推进至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种性能优异的,方法制备的膜电极具有比容量高、耐腐蚀性强、循环寿命长的特点。为了实现上述目的,本专利技术提供的包括如下步骤 步骤1,将催化剂和粘结剂聚偏氟乙烯分散于分散剂中,得到浆料 所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇,粘结剂为催化剂重量的159Γ20%;以催化剂的重量为基准,按O. 05、. 3mL -mg-1的量加入到异戊醇的水溶液中,异戊醇和水的体积比为I : 2 4 : 1,搅拌均匀后得到原始浆料;将原始浆料加热,再超声30分钟飞O分钟,形成均匀的浆液; 步骤2,将碳布作为支撑层,并在支撑层上制备扩散层,扩散层的制备方法如下 步骤2. 1,对支撑层的碳布进行憎水处理碳布用聚偏氟乙烯乳液处理并进行烧结,首先在 11(T130°C烧结 l(T20min,然后在 30(T360°C烧结 10 20min ; 步骤2. 2,调和碳粉,制备气体扩散层浆料,将碳粉浆料自动喷涂在聚偏氟乙烯乳液处理后的碳布上,然后在12(Tl30°C烧结15 30min,最后在28(T350°C烧结15 30min形成气体扩散层,并进行滚压整平,剔除不平点; 步骤3,将步骤I中的浆液涂覆在扩散层上,在15(Tl80°C、惰性气体中焙烧l 2h ;然后在13(Tl50°C、5 10MPa下热压3飞分钟,得到膜电极。其中,步骤I的催化剂按如下步骤制备 步骤I. 1,按3 I的质量比取碳微球和碳纤维混合,加入异丙醇水=I : 3的异丙醇水溶液,超声波分散均匀; 步骤I. 2,滴加Co(NO3)2溶液,超声波分散均匀,调节pH值至9,搅拌,过滤,得到滤饼; 步骤I. 3,将滤饼干燥,在惰性气体气保护下、400°C的温度下分解2小时,得复合载体Co3O4-(碳微球+碳纤维); 步骤I. 4,所得复合载体通过原位化学还原法得到PVCo3O4-(碳微球+碳纤维)催化剂。其中,步骤I中所述的碳粉材料选自碳黑或乙炔黑。 本专利技术中的制备燃料电池膜电极的方法,采用了新的催化剂制备方法提高了膜电极的催化活性和效率,采用了新的扩散层的制备方法,有效地提高了电池的性能及其稳定性,降低了电池的极化损失,从而提高了燃料电池的性能。具体实施例方式实施例一 制备催化剂按3 : I的质量比取碳微球和碳纤维混合,加入异丙醇水=I : 3的异丙醇水溶液,超声波分散均匀;缓慢滴加Co (NO3)2溶液,超声波分散均匀,调节pH值为9,超声波搅拌,抽滤,得到滤饼;将滤饼真空干燥,在惰性气体气保护下400°C的温度下分解2小时,得复合载体Co3O4-(碳微球+碳纤维);所得复合载体通过原位化学还原法得到Pt/Co3O4-(碳微球+碳纤维)催化剂。以碳布作为支撑层,并在支撑层上制备扩散层对支撑层的碳布进行憎水处理碳布用聚偏氟乙烯乳液处理并进行烧结,首先在110°c烧结lOmin,然后在300°C烧结IOlOmin ;选用炭黑作为碳粉材料进行调和,制备气体扩散层浆料,将碳粉浆料自动喷涂在聚偏氟乙烯乳液处理后的碳布上,然后在12(Tl30°C烧结15 30min,最后在28(T350°C烧结15^30min形成气体扩散层,并进行滚压整平,借助放大镜剔除不平点。将催化剂和粘结剂聚偏氟乙烯分散于分散剂中,得到浆料所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇,粘结剂为催化剂重量的15% ;以催化剂的重量为基准,按O. 3mL · mg—1的量加入异戊醇的水溶液中,异戊醇和水的体积比为I : 2,搅拌均匀后得到原始浆料;将原始浆料加热,再超声30分钟,形成均匀的浆液。浆液涂覆在扩散层上,在150°C、惰性气体中焙烧Ih ;然后在130°C、5MPa下热压3分钟,得到膜电极。对制备的膜电极进行短时间恒电流放电测试,最大功率密度达到为35. 3mW/cm2。催化剂的活性的提闻使得制备的I旲电极的性能明显提闻。实施例二 制备催化剂同实施例一。以碳布作为支撑层,并在支撑层上制备扩散层对支撑层的碳布进行憎水处理碳布用聚偏氟乙烯乳液处理并进行烧结,首先在130°c烧结20min,然后在360°C烧结20min;将一绝黑作为碳粉进行调和,制备气体扩散层浆料,将碳粉浆料自动喷涂在聚偏氟乙烯乳液处理后的碳布上,然后在130°C烧结30min,最后在350°C烧结30min形成气体扩散层,并进行滚压整平,借助放大镜剔除不平点。将催化剂和粘结剂聚偏氟乙烯分散于分散剂中,得到浆料所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇,粘结剂为催化剂重量的20% ;以催化剂的重量为基准,按O. 3mL · mg—1的量加入异戊醇的水溶液中,异戊醇和水的体积比为4 1,搅拌均匀后得到原始浆料;将原始浆料加热,再超声60分钟,形成均匀的浆液。浆液涂覆在扩散层上,在180°C、惰性气体中焙烧2h ;然后在150°C、IOMPa下热压6分钟,得到膜电极。对制备的膜电极进行短时间恒电流放电测试,最大功率密度达到为36. lmW/cm2。催化剂的活性的提闻使得制备的I旲电极的性能明显提闻。以上所述,仅是本专利技术的较佳实施例而已,并非对本专利技术做任何形式上的限制,虽然本专利技术已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本专利技术,任何熟悉本专业的技术 人员,在不脱离本专利技术的技术方案内,当可利用上述揭示的
技术实现思路
做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本专利技术技术方案内容,依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做出的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,将催化剂和粘结剂聚偏氟乙烯分散于分散剂中,得到浆料:所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇,粘结剂为催化剂重量的15%~20%;以催化剂的重量为基准,按0.05~0.3mL·mg?1的量加入到异戊醇的水溶液中,异戊醇和水的体积比为1∶2~4∶1,搅拌均匀后得到原始浆料;将原始浆料加热,再超声30分钟~60分钟,形成均匀的浆液;步骤2,将碳布作为支撑层,并在支撑层上制备扩散层,扩散层的制备方法如下:步骤2.1,对支撑层的碳布进行憎水处理:碳布用聚偏氟乙烯乳液处理并进行烧结,首先在110~130℃烧结10~20min,然后在300~360℃烧结10~20min;步骤2.2,调和碳粉,制备气体扩散层浆料,将碳粉浆料自动喷涂在聚偏氟乙烯乳液处理后的碳布上,然后在120~130℃烧结15~30min,最后在280~350℃烧结15~30min形成气体扩散层,并进行滚压整平,剔除不平点;步骤3,将步骤1中的浆液涂覆在扩散层上,在150~180℃、惰性气体中焙烧1~2h;然后在130~150℃、5~10MPa下热压3~6分钟,得到膜电极。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤 步骤1,将催化剂和粘结剂聚偏氟乙烯分散于分散剂中,得到浆料 所述的分散剂选自异丙醇的水溶液或乙醇,粘结剂为催化剂重量的159^20% ;以催化剂的重量为基准,按0. 05、. 3mL -mg-1的量加入到异戊醇的水溶液中,异戊醇和水的体积比为I : 2 4 : 1,搅拌均匀后得到原始浆料;将原始浆料加热,再超声30分钟飞0分钟,形成均匀的浆液; 步骤2,将碳布作为支撑层,并在支撑层上制备扩散层,扩散层的制备方法如下 步骤2. 1,对支撑层的碳布进行憎水处理碳布用聚偏氟乙烯乳液处理并进行烧结,首先在 11(T130°C烧结 l(T20min,然后在 30(T360°C烧结 10 20min ; 步骤2. 2,调和碳粉,制备气体扩散层浆料,将碳粉浆料自动喷涂在聚偏氟乙烯乳液处理后的碳布上,然后在12(Tl30°C烧结15 30min,最后在2...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜波
申请(专利权)人:上海锦众信息科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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