[发明专利]燃料电池的膜电极组件、其制造方法以及含有该膜电极组件的燃料电池

权利要求书

1.用于燃料电池的膜电极组件包括一个阴离子交换膜，其两个主表面被金属涂层，其中阳极和阴极电催化剂分别被沉积在其中一个金属涂层的表面形成均一且不可分的一体。

2.如权利要求1所述的膜电极组件，其中阳极膜是聚合物碱性阴离子交换膜。

3.如权利要求2所述的膜电极组件，选自聚烯烃膜、氟化聚烯烃膜、氟化乙烯/丙烯共聚物膜、聚砜膜和乙氧撑聚环氧丙烷共聚物膜。

4.如权利要求1-3所述的膜电极组件，其中所述金属涂层的表面是由多孔且导电金属层均匀沉积在阴离子膜的每个表面上形成的，且每个膜不一样。

5.如权利要求1-4所述的膜电极组件，其中所述多孔且导电金属层渗入膜中且不接触对侧金属层。

6.如权利要求4-5所述膜电极组件，其中所述多孔且导电金属层由选自Ag，Au，Pt，Ni，Co，Cu，Pd，Sn，Ru的金属化合物或其盐组成，然后由还原剂还原。

7.如权利要求6所述的膜电极组件，其中所述金属盐选自镍和钴的柠檬酸盐、四氯铂酸钾、银和钴硝酸盐、四氯金酸钾。

8.如权利要求1-7所述的膜电极组件，其中催化剂是可以分别用作燃料电池的阳极催化剂或阴极催化剂的已知催化剂。

9.如权利要求8所述的膜催化剂，其中所述催化剂选自Pt，Ni，Co，Fe，Ru，Sn，Pd及其混合物。

10.如权利要求1-9所述的膜电极组件，由阴离子膜形成，其中具有银涂层表面的电催化剂为钴，对侧镍涂层表面的电催化剂为铂。

11.如权利要求1-9所述的膜电极组件，由阴离子形成，其中银涂层的表面的电催化剂为钴，对侧镍涂层的表面的电催化剂为等量铁、钴、镍。

12.如权利要求1-9所述的膜电极组件，由阴离子膜形成，其中银涂层的表面的电催化剂为镍，对侧镍涂层的表面的电催化剂为60∶40比例的钴和镍。

13.如权利要求1-9所述的膜电极组件，由阴离子膜形成，其中银涂层的表面的电催化剂为钴，对侧镍涂层的表面的电催化剂为60∶40的铂和钌。

14.如权利要求1-13所述膜电极组件的制备方法包括如下步骤：

a)用浓缩的强布伦斯特碱水溶液处理阴离子交换膜(任意形状和尺寸)几个小时，然后用去离子水清洗；

b)阴离子实体，其中含有所期望的用于金属涂层的金属，通过在膜和含金属的阴离子实体之间的抗衡离子间离子交换反应被吸收在膜的一个主表面；

c)处理膜的对侧表面，与前述步骤相比较，使用金属盐水溶液，通过与膜中所含的OH^-根反应可以在膜的表面形成一个难溶金属氢氧化物/氧化物直到整个表面被金属氧化物涂层；

d)通过现有技术的还原剂水溶液还原在膜一侧所吸收的金属阴离子且还原膜对侧所支撑的金属氧化物为金属型；

e)在被金属涂层的膜的多孔金属层上吸附分散在溶液中的催化金属前体或催化金属前体混合物，其将作为燃料电池的阴极；

f)在前述步骤所描述的金属涂层的膜的对侧多孔金属层上吸收分散在溶液中催化金属前体或其混合物，在燃料电池中可由于还原活化阳极催化剂；

g)用可将含在上述金属前体中的金属离子还原成金属的还原剂的水溶液还原上述吸收在金属涂层的膜的阳极侧的表面上的金属前体以催化活化金属粒子。

15.如权利要求14所述的工艺，其中所述用于步骤(e)的金属前体为已知的可在燃料电池中生成活性阴极催化剂的。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述前体为镍或钴的聚氮杂大环络合物，镍、钴和铑的酞菁盐或四苯基卟啉盐、salen钴、salen镍，其中salen＝N，N’-二(亚水杨基)乙二胺、硝酸银。

17.如权利要求14所述的方法，其中用在步骤(f)的金属前体是已知的可在燃料电池中生成活性阳极催化剂的。

18.如权利要求15所述的方法，其中所述前体为Pt，Ni，Co，Fe，Ru，Sn，Pd化合物及其混合物。