一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法

2023-05-07 05:59:31

專利名稱：一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法
技術領域：
本發明屬於燃料電池領域，具體涉及一種有雙催化劑層電極的膜電極的製備方法。(二) 背景技術燃料電池(FuelCell，簡稱FC)是一種將化學能通過電極反應直接轉換為電能的電化學 裝置。作為一種新型化學電源，燃料電池是繼火電、水電與核電之後的第四種發電方式。它 具有燃料多樣化、環境友好、低噪聲、可靠性高及維修方便等優點。直接甲醇燃料電池(DMFC， direct methanol fUel cell)是質子交換膜燃料電池的一種。它直接利用甲醇水溶液作為燃料， 可以利用現有的燃料供應系統，已經變得比常規氫燃料電池更具吸引力。DMFC結構簡單、 質量輕、體積小、比能量密度高、維修方便、容易操作，是可攜式電子設備、行動電話和電 動汽車理想的動力源，被認為最有可能實現商業化的應用。膜電極(MEA, membrane electrode assemblies)是DMFC的核心組件，由質子交換膜、 電催化劑層以及氣體擴散層組成。根據質子交換膜上負載催化劑的方式不同，MEA的製備方 法可以歸納為兩大類 一類是先將催化劑負載到擴散層表面，形成氣體擴散電極(GDL， gas diffusion electrode),然後將氣體擴散電極與電解質膜熱壓形成MEA，該類方法稱為GDE (gas diffiisionelectrode)法；另一類，直接將催化劑負載到電解質膜上，形成催化劑覆蓋的電解質 膜(CCM， catalyst coated membrane),再與擴散層壓合成MEA，此類方法稱為CCM法。按照具體製備工藝，MEA的製備方法可分為以下幾種，分別進行介紹(1) 傳統的疏水型MEA。傳統的質子交換膜燃料電池的MEA製備工藝是從磷酸型燃 料電池發展而來的。其製備過程為將催化劑與一定量的PTFE的水乳液或粉末混合均勻後， 採用噴塗或滾壓技術在碳紙或碳布上均勻塗上一層催化層，在340'C下燒灼後，在催化層表 面噴塗一層5W的Nafion溶液，乾燥後，在一定條件下熱壓於質子交換膜上形成MEA。在這 種MEA製備工藝中，由於採用PTFE作疏水劑，因此氧氣的傳質比較好，催化層可以做的比 較厚， 一般為30-50微米。採用傳統法製備MEA的缺點是 一是由於催化層與質子交換膜的 膨脹係數不同，質子交換膜失水收縮，容易與催化層分離，從而影響電池的穩定性和使用壽 命；二是由於噴塗和浸入的Nafion溶液通常難以充分的滲入到催化層內與催化劑顆粒接觸， 所以催化層內的液相電阻比較大。通常Nafion能滲入催化層內10微米深處，催化劑的利用 率只有10-20%，大部分催化劑都浪費了。(2) 薄層親水型MEA。 1992年，美國Las Alamos國家實驗室的Wilson等人提出了一 種新型的MEA製備方法。在這種方法中，親水型的Nafion取代憎水的PTFE成為電極催化 層的粘結劑，催化層的厚度大大減小，有利於反應物在催化層內的傳質。製備方法將適量的5。/。Nafion溶液與碳載鉬系列催化劑混合均勻，加入水與丙三醇，控制其比例，超聲振蕩混 合均勻，使其成墨水狀態，將上述墨水分幾次塗到清潔的PTFE膜表面上，並在35'C下烘乾， 將帶有催化層的PTFE膜與經過預處理的質子交換膜熱壓處理，將催化層轉移到質子交換膜 上，最後將兩張擴散層與帶有催化層的質子交換膜組合在一起，形成MEA。由轉移法製備 MEA發展而來的一種直接塗覆法也有一定的發展。具體方法是將超聲分散均勻的催化劑墨水 直接塗覆到Nation膜上，再熱壓上擴散層製備MEA。這種方法能使催化層與膜之間的接觸 更好，有利於減小催化層與電解質膜之間的接觸電阻，故而製備出的MEA比轉移法製備出 的MEA有更好的性能。(3) 幹法製備MEA。德國DLR實驗組發明了一種MEA製備新方法，他們將催化劑、 Nafion、 PTFE烘乾之後直接混合，然後將此混合物噴到擴散層或電解質膜上，在經過熱壓或 滾軋的方法製得MEA。由於此法中完全不涉及液態溶劑，故而操作相當簡單；在將催化層噴 塗到電解質膜上時，也不必擔心由於溶劑對電解質膜產生的溶脹作用而產生的催化劑難以分 布均勻的問題。(4) 真空沉積法。真空沉積法通常包括化學氣相沉積、物理氣相沉積和濺射法。濺射法 製備的MEA通常比用其它真空沉積方法製備的性能要好一些。20世紀60年代末期，Cahan 和Bockris首次用濺射方法製備燃料電池的催化層。經過了半個多世紀，Asher和Batzold又 採用此法製備MEA，但是用其裝配的PEMFC功率密度很低。1987年，Weber等人繼續研究 濺射法製備催化層，他將Pt直接濺射到多孔、有一定憎水性的基底上，研究結果表明電極 性能在很大程度上依賴於濺射的基底的製備，不同濺射工藝對性能的影響不大，基底的預處 理主要是用PTFE和碳粉浸漬多孔基底工藝。(5) 電化學沉積法。Taylor等人提出電化學沉積還原法製備MEA，具體做法為把經 過PTFE憎水處理的GDL用Nafion溶液浸漬再烘乾，然後浸入含P產的電解槽中，通過Nafion 的陽離子交換性，把Pt^經過化學還原後沉積在GDL上。該方法可以確保Pt沉積在電極反 應區、保證Pt與Nafion緊密接觸，達到較高的Pt利用率。該法的缺點是由於Nafion會粘 附在PTFE表面，從而降低其疏水性，增加氧氣擴散阻力；電化學沉積的鈾顆粒通常比化學 法製備的稍大，也會降低電極的比表面積；並且這種方法不利於大規模生產。(6) 化學沉積法。具體方法為將催化劑前體浸入Nafion膜中，化學還原膜中的催化 劑前體，使膜裡面靠近表面的薄層中沉積出細小的催化劑顆粒，然後直接將GDL與該Nafion 膜熱壓製得MEA。該法的缺點是得到的催化劑顆粒較大，催化劑載量比其它方式高，而且 催化劑有可能被孤立在一定區域內，氣體傳質也不是很好，優點是質子傳導性非常好。要提高MEA的性能，除改進催化劑和質子交換膜以外，膜電極的結構設計和製備過程也很重要。故而，合理優化MEA結構及製備工藝對提高DMFC總體輸出功率顯得至關重要。 有研究人員探索了新型的電極結構，Wei (J. Power Sources. 2002， 106: 364-369)等發展了一 種用於DMFC的新型多層電極結構，由靠近電解質膜側的親水薄層電極和傳統電極組成，降 低了甲醇滲透量，提高了電池性能。Yu (J.PowerSources. 2002, 105:52-57)等設計了抗CO 中毒的多層電極用於PEMFC。 Yoon (J. Power Sources. 2003， 118: 189-192)等也提出了催化 層內Nafion呈梯度分布的複合電極，但電池性能不甚理想。大連化學物理研究所的樊小穎提 出並製備了一種新型雙催化層陽極結構，即採用不同類型催化劑調變的新型雙催化層陽極， 其外催化層採用擔載型PtRu/C催化劑，內催化層採用非擔載型PtRu黑催化劑，電極內形成 了良好的孔隙率和催化劑濃度梯度分布。同單催化層電極結構相比，該電極結構使DMFC性 能得到顯著提高。綜上，在傳統的MEA結構中，催化劑層電化學反應區與多孔碳布(紙)燃料輸送區對 材料的性質要求不同，如電化學反應區要求親水、而燃料輸送區要求疏水，因而導致發生相 互幹涉，限制了電池的性能。本發明提供的是一種集GDE和CCM兩種電極製備方法於一體 的包含有雙催化劑層結構的膜電極。它不同於Wei的多層結構，該法未考慮催化劑的濃度及 電極層中孔隙率的濃度梯度分布，也不同於樊小穎的雙催化層陽極結構，該法製備兩層催化 劑層均採用的刷塗轉壓的方法，兩個催化劑層的製備工藝相同，在製成膜電極時，兩個催化 劑層很容易熱壓合在一起而相互影響，催化劑濃度梯度及孔隙率梯度的優勢發揮的不明顯。 本發明提供的雙催化劑結構膜電極的製備方法，融合了 GDE和CCM兩種電極製備方法的優 點，並使催化劑層內催化劑濃度梯度與孔隙率梯度分布明顯，可以有效的增進陽極產生二氧 化碳氣體的排出，增加催化劑的反應活性與利用率，從而提高新型膜電極的性能。
發明內容本發明的目的在於提供一種適用於直接甲醇燃料電池的，製備方法簡單、可批量生產， 可以有效的降低催化劑的使用量，提高貴金屬的利用率，有雙催化劑層電極結構的直接甲醇 燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法。本發明的目的是這樣實現的首先直接在質子交換膜表面形成非負載型內層催化劑層，製得CCM型膜電極；然後採用GDE法製備外層催化劑層，即含碳媒體擔載的負載型催化劑外電極，最後將這兩種電極熱壓在一起，得到高效的雙催化劑層膜電極。 本發明還有這樣一些技術特徵1、所述的內層催化劑層形成過程中，首先要對質子交換膜進行清洗，採用如下方法-質子交換膜在2-8%的過氧化氫水溶液中，煮沸0.5-2小時；取出後在去離子水中煮沸0.5-2 小時；再在0.25-0.75mol/L的硫酸溶液中煮沸0.5-2小時；最後在去離子水中煮沸0.5-2小時，乾燥後保存使用；2、 所述的內層催化劑層為採用CCM法直接擔載於質子交換膜上的非負載型純PtRu催 化劑或純Pt催化劑，CCM法包括直接刷塗法、轉壓法、真空濺射法、化學鍍法或物理氣相 沉積法；3、 所述的負載型催化劑為PtRu/C或Pt/C，外層催化劑層電極的製備包括含碳媒體基底 的憎水處理，具體方法為在10-30XPTFE乳液中浸漬處理，真空乾燥後，置於馬福爐中在 300-400"C下進行1.5-2.5h燒結處理，含碳媒體包括碳布或碳紙；4、 所述的外層催化劑層電極的製備包括在含碳媒體即碳布或碳紙基底上製備整平層的 工藝，具體方法為將質量比為1:1-1:4的超導電炭黑XC-72或BP2000與PTFE乳液的混合 物超聲分散均勻，採用刷塗法將漿料塗於憎水處理後的碳布或碳紙表面，真空乾燥後，在 100-200°C、 2-8MPa下熱壓60-120秒，得平整碳布或碳紙；5、 所述的外層催化劑層電極的製備方法為將負載型催化劑PtRu/C或Pt/C溶液與體積 比1:2:3:3:2的Nafion、 PTFE乳液、異丙醇、乙醇、去離子水混合，超聲分散均勻製成催化 劑漿料，採用噴塗或刷塗的方法將漿料塗於含碳媒體即碳布或碳紙基底的整平層上，60-100°C 真空乾燥除去溶劑，製成帶有外催化劑層的氣體擴散電極；6、 所述的膜電極製備方法為將兩片氣體擴散層電極內層催化劑層與外層催化劑層和 擔載催化劑的質子交換膜電極按三明治結構在100-150°C、 2-8MPa下熱壓60-120秒製成雙催 化劑層電極膜電極。本發明的膜電極，其內催化劑層具有相對較低的孔隙率，而外催化劑層具有相對較高的 孔隙率，形成從內催化劑層、外催化劑層、整平層到疏水碳布(紙)的孔徑的梯度分布，改 善物料、質子和電子的傳輸狀況。內催化劑層為非負載的催化劑(如純PtRu或純Pt催化劑)， 而外催化劑層為不同鉑載量的碳擔載型催化劑(如PtRu/C或Pt/C催化劑)，形成從內催化劑 層到外催化劑層催化劑濃度的梯度分布，這與DMFC反應原理相適應，使得在膜兩側的反應 更快速的進行，使陽極側傳遞到膜附近的甲醇迅速消耗，不但可以增加甲醇的反應活性，同 樣使甲醇滲透率降低。內催化劑層為親水性催化劑層，而外催化劑層含有疏水的PTFE具有 一定的疏水性，從而形成從內催化劑層、外催化劑層、整平層到疏水碳布(紙)的親水性的 梯度分布，符合電化學反應區要求親水、而燃料輸送區要求疏水的要求，有效提高膜電極的 性能。本發明的核心是製備這兩個催化劑層同時採用了 GDE (gas diffusion electrode)和CCM(catalyst coated membrane)兩種方法，其外層催化劑層是擔載到有整平層的碳布(紙)基底上的負載型催化劑PtRu7C或Pt/C (採用GDE法製備)，內層催化劑層為直接擔載於質子交換膜上非負載型純PtRu催化劑或純Pt催化劑(採用CCM法製備)。其中內層催化劑層可採用 直接刷塗法，轉壓法、真空濺射法、化學鍍法、物理氣相沉積法等手段在質子交換膜表面形 成結合力良好、緻密的、親水的非負載型催化劑層。這種膜電極沿質子交換膜到碳布(紙) 基底方向形成了以下幾個梯度1、在質子交換膜兩側，由雙催化層到擴散層形成了一個孔隙 率直徑的梯度，從膜向外氣體傳遞通道的孔隙率逐漸增大，這非常有利於陽極產生C02的排 出，改善了物料、質子及電子的傳遞狀況；2、在質子交換膜的兩側，兩個催化層的催化劑濃 度及載量形成了一個梯度，越靠近膜催化劑濃度越高，這與DMFC反應原理相適應，使得在 膜兩側的反應更快速的進行，使陽極側傳遞到膜附近的甲醇迅速消耗，不但可以增加甲醇的 反應活性，同樣使甲醇滲透率降低；3、膜電極的親水性從內催化層、外催化層到擴散層逐漸 降低，符合電化學反應區要求親水、而燃料輸送區要求疏水的要求，有利於反應物的傳質和 提高電池電化學反應的活性。其外層催化劑採用傳統的GDE (gas diffusion electrode)法製備負載型催化劑層,如PtRu/C 或Pt/C催化劑；其內層催化劑採用CCM (catalyst coated membrane)法製備非負載型催化劑 層，如純PtRu或純Pt催化劑層。兩個催化劑層中，內層催化劑層為直接在質子交換膜上制 備出非負載型的陽極(PtRu)和陰極(Pt)催化劑電極，即CCM法。內催化層製備方法中， 首先要對質子交換膜進行清洗，採用如下方法質子交換膜在2-8%的過氧化氫水溶液中，煮 沸0.5-2小時；取出後在去離子水中煮沸0.5-2小時；再在0.25-0.75mol/L的硫酸溶液中煮沸 0.5-2小時；再在去離子水中煮沸0.5-2小時，乾燥後保存使用。內催化劑層製備可以採用如 下幾種CCM方法(l)採用直接刷塗或噴塗法將PtRu黑或Pt黑催化劑漿料直接刷塗於質子 交換膜的兩側形成內催化層電極；(2)採用轉壓的方法製備內催化層，如將PtRu黑或Pt黑 催化劑漿料刷塗或噴塗於PTFE膜片上，再經過熱壓工藝將催化劑層轉移到質子交換膜兩側； (3)採用真空濺射法將貴金屬PtRu或Pt直接澱積在質子交換膜的兩側；(4)採用化學鍍的 方法，將PtRu或Pt鍍層直接沉積在質子交換膜的兩側；(5)採用絲網印刷的方法，將PtRu黑或Pt黑催化劑漿料直接澱積到質子交換膜的兩側；(6)採用物理氣相沉積的方法在質子交換膜的兩側直接製備非負載型催化劑層。內催化劑還可以採用其它方法直接將非負載型催化劑沉積於質子交換膜的兩側。兩個催化劑層中，外催化劑層採用GDE法製備，即通過在碳布 (紙)基底上噴塗或刷塗上負載型催化劑PtRu/C或Pt/C法獲得。外催化層電極的製備包括 碳布(紙)基底的憎水處理，具體方法為將碳布(紙)在10-30XPTFE乳液中浸漬處理， 真空乾燥後，置於馬福爐中在300-400'C下進行1.5-2.5h燒結處理。外催化層電極的製備包括 在碳布(紙)基底上製備整平層的工藝，具體方法為將超導電炭黑(XC-72或BP2000)與 PTFE乳液的混合物超聲分散均勻，採用刷塗法將漿料塗於憎水處理後的碳布(紙)表面，真空乾燥後，100-15(TC、 2-8MPa下熱壓60-120秒，得平整碳布(紙)。外催化層電極的具體制 備方法為將負載型催化劑PtRu/C或Pt/C與Nafion、 PTFE乳液、異丙醇、乙醇、去離子水 混合，超聲分散均勻製成催化劑漿料，採用噴塗或刷塗的方法將槳料塗於碳布(紙)基底的 整平層上，8(TC真空乾燥除去溶劑，製成帶有外催化劑層的氣體擴散電極。膜電極製備方法 為將兩片氣體擴散層電極與擔載催化劑的質子交換膜電極按三明治結構在100-150°C、 2-8MPa下熱壓60-120秒製成雙催化劑層電極膜電極。膜電極，其內催化劑層具有相對較低 的孔隙率，而外催化劑層具有相對較高的孔隙率，形成從內催化劑層、外催化劑層、整平層 到疏水碳布(紙)的孔徑的梯度分布，改善物料、質子和電子的傳輸狀況。內催化劑層為非 負載的催化劑(如純PtRu或純Pt催化劑)，而外催化劑層為不同鉑載量的碳擔載型催化劑(如 PtRu/C或Pt/C催化劑)，形成從內催化劑層到外催化劑層催化劑濃度的梯度分布，這與DMFC 反應原理相適應，使得在膜兩側的反應更快速的進行，使陽極側傳遞到膜附近的甲醇迅速消 耗，不但可以增加甲醇的反應活性，同樣使甲醇滲透率降低。內催化劑層為親水性催化劑層， 而外催化劑層含有疏水的PTFE具有一定的疏水性，從而形成從內催化劑層、外催化劑層、 整平層到疏水碳布(紙)的親水性的梯度分布，符合電化學反應區要求親水、而燃料輸送區 要求疏水的要求，有效提高膜電極的性能。 本發明的特點有1、 膜電極的製備同時採用GDE法和CCM法；2、 外催化劑層採用GDE法製備負載型催化劑PtRu/C或Pt/C;3、 內催化劑層採用CCM法製備質子交換膜擔載的非負載型催化劑純PtRu或純Pt。 綜合起來說，本發明的優點如下1、 GDE和CCM兩種方法工藝成熟，製備方法簡單、可批量生產；2、 雙層的催化劑可根據反應調整各層組成，可以有效的降低催化劑的使用量，提高貴金 屬的利用率；3、 結構中膜電極靠近質子交換膜處是非負載型催化劑，可使電池陽極側傳遞到膜附近的 甲醇迅速消耗，不但可以增加甲醇的反應活性，同樣可降低使甲醇的滲透率；4、 結構中膜電極中孔隙率形成的梯度，有利於陽極產生的C02的排出，改善了物料、質 子及電子傳遞狀況，從而提高電池的性能。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明本實施例中首先採用直接刷塗法、轉壓法、真空濺射法、化學鍍法或物理氣相沉積法等方法在質子交換膜表面形成結合力良好、緻密的、親水的非負載型催化劑層，製得CCM型膜電極；然後採用傳統法製備外層催化劑層，即含碳媒體擔載的負載型催化劑PtRu/C或Pt/C 的外電極，最後將這兩種電極熱壓在一起，製備高效的新型雙催化劑層膜電極。 本實施例中含碳媒體為碳布或碳紙1、 質子交換膜的清洗。將膜在5%的過氧化氫水溶液中，煮沸l小時；取出後在去離子 水中煮沸1小時；再在0.5mol/L的硫酸溶液中煮沸1小時；再在去離子水中煮沸1小時，真 空乾燥保存；2、 內催化劑層的製備。(1) 以直接刷塗法為例，具體方法如下將催化劑PtRu黑和Pt黑分別與體積比為1: 2:3: 3: 2的Nafion溶液、丙三醇、異丙醇、乙醇、去離子水混合，超聲分散均勻製成催化劑 漿料，直接刷塗於質子交換膜兩側，然後8(TC真空乾燥去除溶劑即可。(2) 以化學鍍法為例，具體方法如下將質子交換膜進行粗化、敏化、活化、還原等前處理工藝後，將質子交換膜置於可雙側化學鍍的雙槽裝置中，其中一個槽中裝有化學鍍鉑釕 溶液、另一側槽中裝有化學鍍鉑溶液，這樣在兩側分別加入相應的還原劑後，控制反應的溫度和時間，即可以在質子交換膜的兩側沉積出一定載量的純PtRu和純Pt催化劑鍍層。其中， 通過控制陽極鍍液中鉑鹽與釕鹽的量，可以很容易的控制陽極催化劑中的鉑釕的原子比，從 而設計出合適的內層陽極催化層。(3) 以轉壓法為例，具體方法如下將催化劑PtRu黑和Pt黑分別與體積比為1: 2: 3:3: 2的Nafion、丙三醇、異丙醇、乙醇、去離子水混合，超聲分散均勻製成催化劑漿料，根 據需要的量分多次刷塗於潔淨的PTFE膜表面，80'C真空乾燥去除溶劑後，在125""C、 5MPa 下與預處理後的質子交換膜熱壓90秒製備CCM型電極。3、 碳布或碳紙基底的憎水處理。將碳布或碳紙在20WPTFE乳液中浸漬處理，真空乾燥 後，置於馬福爐中在360'C下進行2h燒結處理。4、 碳布或碳紙基底上整平層的製備。將質量比為l:2的超導電炭黑(XC-72或BP2000) 與PTFE乳液的混合物超聲分散均勻，採用刷塗法將漿料塗於憎水處理後的碳布或碳紙表面， 真空乾燥後，在15(TC、 5MPa下熱壓90秒，得平整碳布或碳紙。5、 外催化劑層的製備。將催化劑PtRu/C或Pt/C與體積比為1:2:3:3:2的Nafion、 PTFE 乳液、異丙醇、乙醇、去離子水混合，超聲分散均勻製成催化劑漿料，採用噴塗或刷塗的方 法將漿料塗於碳布或碳紙基底的整平層上，8(TC真空乾燥除去溶劑，製成帶有外催化劑層的 氣體擴散電極。6、 雙催化層電極膜電極的製備。將兩片氣體擴散層電極與擔載催化劑的質子交換膜電極 按三明治結構在125°C、 5MPa下熱壓90秒製成雙催化劑層電極膜電極。
權利要求
1、一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在於首先直接在質子交換膜表面形成非負載型內層催化劑層，製得CCM型膜電極；然後採用GDE法製備外層催化劑層，即含碳媒體擔載的負載型催化劑外電極，最後將這兩種電極熱壓在一起，得到高效的雙催化劑層膜電極。
2、 根據權利要求1所述的一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在於所述的內層催化劑層形成過程中，首先要對質子交換膜進行清洗，採用如下方法質子交換膜在2-8%的過氧化氫水溶液中，煮沸0.5-2小時；取出後在去離子水中煮沸0.5-2小時； 再在0.25-0.75mol/L的硫酸溶液中煮沸0.5-2小時；最後在去離子水中煮沸0.5-2小時，乾燥 後保存使用。
3、 根據權利要求2所述的一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在 於.-所述的內層催化劑層為採用CCM法直接擔載於質子交換膜上的非負載型純PtRu催化劑 或純Pt催化劑，CCM法包括直接刷塗法、轉壓法、真空濺射法、化學鍍法或物理氣相沉積 法。
4、 根據權利要求3所述的一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在 於所述的負載型催化劑為PtRu/C或Pt/C，外層催化劑層電極的製備包括含碳媒體基底的憎 水處理，具體方法為在10-30%PTFE乳液中浸漬處理，真空乾燥後，置於馬福爐中在 300-40(TC下進行1.5-2.5h燒結處理，含碳媒體包括碳布或碳紙。
5、 根據權利要求4所述的一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在 於.-所述的外層催化劑層電極的製備包括在含碳媒體即碳布或碳紙基底上製備整平層的工藝， 具體方法為將質量比為1:1-1:4的超導電炭黑XC-72或BP2000與PTFE乳液的混合物超聲 分散均勻，採用刷塗法將漿料塗於憎水處理後的碳布或碳紙表面，真空乾燥後，在100-200'C、 2-8MPa下熱壓60-120秒，得平整碳布或碳紙。
6、 根據權利要求5所述的一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在 於所述的外層催化劑層電極的製備方法為將負載型催化劑PtRu/C或Pt/C溶液與體積比 1:2:3:3:2的Nafion、 PTFE乳液、異丙醇、乙醇、去離子水混合，超聲分散均勻製成催化劑漿 料，採用噴塗或刷塗的方法將漿料塗於含碳媒體即碳布或碳紙基底的整平層上，60-10(TC真 空乾燥除去溶劑，製成帶有外催化劑層的氣體擴散電極。
7、 根據權利要求6所述的一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法，其特徵在 於所述的膜電極製備方法為將兩片氣體擴散層電極內層催化劑層與外層催化劑層和擔載 催化劑的質子交換膜電極按三明治結構在100-150。C、 2-8MPa下熱壓60-120秒製成雙催化劑 層電極膜電極。
全文摘要
本發明提供了一種直接甲醇燃料電池雙催化層電極膜電極的製備方法。本發明的目的是這樣實現的首先直接在質子交換膜表面形成非負載型內層催化劑層，製得CCM型膜電極；然後採用GDE法製備外層催化劑層，即含碳媒體擔載的負載型催化劑外電極，最後將這兩種電極熱壓在一起，得到高效的雙催化劑層膜電極。本發明適用於直接甲醇燃料電池，製備方法簡單，可批量生產，可以有效的降低催化劑的使用量，提高貴金屬的利用率，具有雙催化劑層電極結構特點。
文檔編號H01M4/88GK101222051SQ200710144768
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月7日 優先權日2007年12月7日
發明者劉曉為, 博 張, 鵬 張, 張宇峰, 索春光 申請人:哈爾濱工業大學