[发明专利]燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池膜电极，其包括：一质子交换膜及分别设置在该质子交换膜两表面的电极，其中电极由气体扩散层和催化层组成，且催化层设置于质子交换膜与气体扩散层之间，其特征在于，所述的气体扩散层包括一碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜中包括相互缠绕的碳纳米管，相互缠绕的碳纳米管长度大于10微米，且所述的催化层包括碳纳米管和担载于碳纳米管表面的贵金属颗粒。

2.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜中，碳纳米管各向同性，均匀分布，无规则排列。

3.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜中，相互缠绕的碳纳米管长度大于100微米。

4.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜中，相互缠绕的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。

5.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜中包括孔径小于100微米的微孔结构。

6.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的气体扩散层厚度为1微米至2毫米。

7.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的质子交换膜材料为全氟磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚三氟苯乙烯磺酸、酚醛树脂磺酸或碳氢化合物。

8.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述贵金属颗粒的担载量低于0.5mg/cm²。

9.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述的贵金属颗粒材料为铂、金或钌。

10.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述碳纳米管薄膜为一由多个碳纳米管组成的自支撑结构。

11.一种如权利要求1所述的燃料电池膜电极的制备方法，其具体包括以下步骤：

提供一碳纳米管原料，且所述的碳纳米管原料中碳纳米管的长度大于10微米；

将上述碳纳米管原料添加到溶剂中并进行絮化处理获得碳纳米管絮状结构；

将上述碳纳米管絮状结构从溶剂中分离，并对该碳纳米管絮状结构定型处理形成一碳纳米管薄膜作为气体扩散层；

提供一贵金属颗粒与碳纳米管的混合物，并将其投入到一分散液中，再加入水和表面活性剂，分散后形成一催化剂浆料，且贵金属颗粒担载于该碳纳米管的表面；

将上述催化剂浆料涂覆在气体扩散层一表面，并干燥形成一催化层，从而得到一电极；以及

提供一质子交换膜，将两个上述电极分别设置在该质子交换膜两表面，从而得到一燃料电池膜电极。

12.如权利要求11所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述提供一碳纳米管原料的方法具体包括以下步骤：

提供一平整基底；

在基底表面均匀形成一催化剂层；

将上述形成有催化剂层的基底在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；

将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到碳纳米管阵列；以及

将上述碳纳米管阵列从基底刮落，获得碳纳米管原料。

13.如权利要求12所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列或多壁碳纳米管阵列。

14.如权利要求11所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述的絮化处理的方法包括超声波分散处理或高强度搅拌。

15.如权利要求11所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述的分离碳纳米管絮状结构的方法具体包括以下步骤：将上述含有碳纳米管絮状结构的溶剂倒入放有滤纸的漏斗中；静置干燥一段时间从而获得分离的碳纳米管絮状结构。

16.如权利要求11所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述的定型处理碳纳米管絮状结构的方法具体包括以下步骤：

将上述碳纳米管絮状结构置于一容器中；

将碳纳米管絮状结构按照预定形状摊开；

施加一定压力于摊开的碳纳米管絮状结构；以及

将碳纳米管絮状结构中残留的溶剂烘干或等溶剂自然挥发后获得碳纳米管薄膜。