一種燃料電池膜電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于制備質(zhì)子交換膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池發(fā)電是公認的繼火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電后的第四種發(fā)電方式。而擁有高效率、高功率密度、可低溫運行和無污染等優(yōu)點的質(zhì)子交換膜燃料電池則被看作是可為汽車、中小型電站和移動設(shè)備等提供能量來源的較佳候選。質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件是膜電極，由氣體擴散電極和質(zhì)子交換膜構(gòu)成，其中氣體擴散電極(包括陽極和陰極)由擴散層和催化劑層構(gòu)成:擴散層由導(dǎo)電的多孔材料構(gòu)成，起到支撐催化劑層、收集電流、傳導(dǎo)氣體和排水等作用?，F(xiàn)有的膜電極催化劑層一般由催化劑(如Pt、鑰或者碳載鑰)和聚合物電解質(zhì)樹脂構(gòu)成，是燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的場所。
[0003]現(xiàn)有膜電極的缺點是:陽極和陰極催化層與質(zhì)子交換膜之間結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致電流密度較低，使用壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種效率更高、使用壽命更長的燃料電池膜電極的制備方法。
[0005]本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:一種燃料電池膜電極的制備方法，包括以下步驟:
[0006]a.膜電極擴散層的預(yù)處理步驟:將具有擴散層的陽極和陰極先放入蒸餾水中進行超聲處理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中進行水浴，再置于H2SO4溶液中進行超聲處理；
[0007]b.陰極催化劑層的制備步驟:將預(yù)處理后的陰極置于二氯四氨合鉬溶液中，交換1-8小時，再加入過量硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陰極催化劑層；
[0008]c.陰極鉬黑層的制備:將步驟b處理后的膜電極置于二氯四氨合鉬溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原10-25分鐘，直至還原完全，生成鉬黑層；
[0009]d.陽極鉬銥催化劑層的制備:將預(yù)處理后的陽極置于二氯四氨合鉬和三氯化銥的混合溶液中，交換3-8小時，再加入過量的硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陽極鉬銥催化劑層
[0010]e.陽極鉬銥黑的制備:將步驟d處理后的陽極置于二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原10-25分鐘,直至還原完全，生成鉬銥黑層。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟a中的水浴溫度為60_100°C，水浴時間為2_5小時。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟a中將陽極和陰極置于H2SO4溶液中在50_80°C溫度下進行超聲處理。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟b中交換1-8小時的具體過程為:先交換1-4小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液再交換1-4小時。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟d中交換3-8小時的具體過程為:先交換2-5小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液并混合均勻后，繼續(xù)交換1-3小時。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:通過在質(zhì)子交換膜與陰極之間形成鉬黑層，在質(zhì)子交換膜與陽極之間形成鉬銥黑層，保證了陽極和陰極催化層與質(zhì)子交換膜之間的緊密結(jié)合，經(jīng)實驗檢測電流密度可達350mA/cm2，膜電極的效率更高使用壽命更長。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]一種燃料電池膜電極的制備方法包括以下步驟:
[0018]a.膜電極擴散層的預(yù)處理步驟:將具有擴散層的陽極和陰極先放入蒸餾水中進行超聲處理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中在60°C溫度下進行水浴2小時，再置于H2SO4溶液中進行超聲處理；
[0019]b.陰極催化劑層的制備步驟:將預(yù)處理后的陰極置于二氯四氨合鉬溶液中，先交換1-4小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液再交換1-4小時，再加入過量硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陰極催化劑層；
[0020]c.陰極鉬黑層的制備:將步驟b處理后的膜電極置于二氯四氨合鉬溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原20分鐘，直至還原完全，生成鉬黑層；
[0021]d.陽極鉬銥催化劑層的制備:將預(yù)處理后的陽極置于二氯四氨合鉬和三氯化銥的混合溶液中，交換4小時，再加入過量的硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陽極鉬銥催化劑層
[0022]e.陽極鉬銥黑層的制備:將步驟d處理后的陽極置于二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原20分鐘，直至還原完全，生成鉬銥黑層。
[0023]實施例2
[0024]一種燃料電池膜電極的制備方法包括以下步驟:
[0025]a.膜電極擴散層的預(yù)處理步驟:將具有擴散層的陽極和陰極先放入蒸餾水中進行超聲處理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中在60°C溫度下進行水浴2小時，再置于H2SO4溶液中在50-80°C溫度下進行超聲處理；
[0026]b.陰極催化劑層的制備步驟:將預(yù)處理后的陰極置于二氯四氨合鉬溶液中，交換2小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液再交換2小時，再加入過量硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陰極催化劑層；
[0027]c.陰極鉬黑層的制備:將步驟b處理后的膜電極置于二氯四氨合鉬溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原20分鐘，直至還原完全，生成鉬黑層；
[0028]d.陽極鉬銥催化劑層的制備:將預(yù)處理后的陽極置于二氯四氨合鉬和三氯化銥的混合溶液中，先交換2小時，然后倒出交換廢液，重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液并混合均勻后，繼續(xù)交換2小時，再加入過量的硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陽極鉬銥催化劑層；
[0029]e.陽極鉬銥黑層的制備:將步驟d處理后的陽極置于二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原20分鐘，直至還原完全，生成鉬銥黑層。
[0030]上述實施例制備的燃料電池膜電極，通過在質(zhì)子交換膜與陰極之間形成鉬黑層，在質(zhì)子交換膜與陽極之間形成鉬銥黑層，保證了陽極和陰極催化層與質(zhì)子交換膜之間的緊密結(jié)合，經(jīng)實驗檢測電流密度可達350mA/cm2，膜電極的效率更高使用壽命更長。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種燃料電池膜電極的制備方法，包括以下步驟: a.膜電極擴散層的預(yù)處理步驟:將具有擴散層的陽極和陰極先放入蒸餾水中進行超聲處理，取出后置于HNO3和H2O2的混合溶液中進行水浴，再置于H2SO4溶液中進行超聲處理； b.陰極催化劑層的制備步驟:將預(yù)處理后的陰極置于二氯四氨合鉬溶液中，交換1-8小時，再加入過量硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陰極催化劑層； c.陰極鉬黑層的制備:將步驟b處理后的膜電極置于二氯四氨合鉬溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原10-25分鐘，直至還原完全，生成鉬黑層； d.陽極鉬銥催化劑層的制備:將預(yù)處理后的陽極置于二氯四氨合鉬和三氯化銥的混合溶液中，交換3-8小時，再加入過量的硼氫化鈉溶液進行還原反應(yīng)直至還原完全，生成陽極鉬銥催化劑層 e.陽極鉬銥黑的制備:將步驟d處理后的陽極置于二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液和醋酸鉛溶液中；然后加入硼氫化鈉溶液還原10-25分鐘，直至還原完全，生成鉬銥黑層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于:所述步驟a中的水浴溫度為60-100°C，水浴時間為2-5小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于:所述步驟a中將陽極和陰極置于H2SO4溶液中在50-80°C溫度下進行超聲處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于，所述步驟b中交換1-8小時的具體過程為:先交換1-4小時,然后倒出交換廢液,重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液再交換1-4小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于，所述步驟d中交換3-8小時的具體過程為:先交換2-5小時,然后倒出交換廢液,重新加入新鮮的二氯四氨合鉬溶液和IrCl3溶液并混合均勻后，繼續(xù)交換1-3小時。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種效率更高、使用壽命更長的燃料電池膜電極的制備方法，通過在質(zhì)子交換膜與陰極之間形成鉑黑層，在質(zhì)子交換膜與陽極之間形成鉑銥黑層，保證了陽極和陰極催化層與質(zhì)子交換膜之間的緊密結(jié)合，經(jīng)實驗檢測電流密度可達350mA/cm2，膜電極的效率更高使用壽命更長。
【IPC分類】H01M4-88
【公開號】CN104868130
【申請?zhí)枴緾N201410060150
【發(fā)明人】馮岸柏, 馮洪亮, 胡清平, 井明召, 嚴艷明, 傅昭
【申請人】深圳華粵寶電池有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年2月21日