[发明专利]具有两种亲水性的用于燃料电池的电极及其制备方法和包含该电极的膜电极组件和燃料电池

权利要求书

1.一种用于燃料电池的电极，其包括：与具有槽的隔板相接触的气体扩散层和设置在所述气体扩散层和电解质膜之间的催化剂层，其中，所述电极的催化剂层有具有不同亲水性的两部分，并且催化剂层面对着槽的部分与不面对着槽的部分相比具有更高的亲水性。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电极，其中，所述具有不同亲水性的部分对水的接触角的差异为2°-20°。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电极，其中，使用所述电极的燃料电池是在湿度为0-70％的低湿度条件下运行的。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电极，其中，所述催化剂层面对着槽的部分包含金属催化剂或在碳基载体上的金属催化剂；聚合物离聚体；和选自TiO₂、SiO₂、沸石、氧化锆、氧化铈、酸处理过的陶瓷粒子或碳、亲水性的聚合物和Al₂O₃中的一种亲水性增强剂，或它们的混合物。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电极，其中，所述催化剂层不面对着槽的部分包含金属催化剂或在碳基载体上的金属催化剂和聚合物离聚体。

6.根据权利要求4所述的用于燃料电池的电极，其中，所述金属催化剂与所述亲水性增强剂的重量比为1∶0.05-1。

7.一种制备用于燃料电池的电极的方法，其包括：

(S1)：分别制备(a)包含金属催化剂或在碳基载体上的金属催化剂、聚合物离聚体和溶剂的形成第一催化剂层的墨水，和(b)包含金属催化剂或在碳基载体上的金属催化剂、聚合物离聚体、亲水性增强剂和溶剂的形成第二催化剂层的墨水；和

(S2)：通过喷墨式喷涂的方式将形成第一和第二催化剂层的墨水喷涂到电解质膜或气体扩散层上，以使得形成第一催化剂层的墨水被喷涂到不面对着槽的部分而形成第二催化剂层的墨水被喷涂到面对着槽的部分，由此形成催化剂层。

8.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的电极的方法，其中，在制备了所述的用于燃料电池的电极以后，所述面对着槽的部分和不面对着槽的部分之间对水的接触角的差异为2°-20°。

9.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的电极的方法，其中，使用所述电极的燃料电池是在湿度为0-70％的低湿度条件下运行的。

10.根据权利要求7所述的制备用于燃料电池的电极的方法，其中，在形成第二催化剂层的墨水中，亲水性增强剂选自TiO₂、SiO₂、沸石、氧化锆、氧化铈、酸处理过的陶瓷粒子或碳、亲水性的聚合物和Al₂O₃中，或者为它们的混合物。

11.一种用于燃料电池的膜电极组件，其包括：电解质膜，和分别形成在电解质膜的相对的两侧的阳极和阴极，阳极和阴极各自具有催化剂层和气体扩散层，

其中，所述阳极和阴极为权利要求1-6中任一项定义的用于燃料电池的电极。

12.一种燃料电池，其包括：

电堆，其具有

一个或多个权利要求11定义的膜电极组件和设置在所述膜电极组件之间的隔板；

用于向所述电堆提供燃料的燃料提供单元；和

用于向所述电堆提供氧化剂的氧化剂提供单元。