[发明专利]具有官能化纳米颗粒的气体扩散电极

权利要求书

1.一种气体扩散电极，其用于工作温度可高至250℃的聚合物电解质-燃料电池，所述气体扩散电极具有多个透气性导电层，所述导电层包括至少一个气体扩散层和至少一个催化剂层，其中该催化剂层包含平均颗粒直径在纳米范围内的含可电离基团的颗粒。

2.根据权利要求1的气体扩散电极，其中所述催化剂层含有导电性载体材料和/或其中催化剂层的导电性载体材料的至少一部分颗粒含有电催化剂。

3.根据权利要求2的气体扩散电极，其中所述催化剂层的导电性载体材料选自金属、金属氧化物、金属碳化物、碳或它们的混合物。

4.根据权利要求3的气体扩散电极，其中所述碳选自炭黑。

5.根据权利要求2的气体扩散电极，其中所述电催化剂选自金属和金属合金。

6.根据权利要求5的气体扩散电极，其中所述金属选自元素周期表的第6副族元素和/或第8副族元素。

7.根据权利要求6的气体扩散电极，其中所述金属为铂和/或钌。

8.根据权利要求1～7中任一项的气体扩散电极，其中所述气体扩散层由碳构成。

9.根据权利要求1～8中任一项的气体扩散电极，其中所述气体扩散层具有纸张、无纺布、网格物、针织物和/或织物的形式。

10.根据权利要求1～9中任一项的气体扩散电极，其中至少一个催化剂层包含的含可电离基团的颗粒的量为0.2～50重量％，尤其优选0.5～10重量％，基于导电性载体材料和电催化剂的总质量。

11.根据权利要求1～10中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒主要由一种或多种有机的聚合物和/或寡聚物构成。

12.根据权利要求1～11中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒主要由橡胶状的聚合物或寡聚物构成，或者主要由非橡胶状的聚合物或寡聚物、优选热塑性的聚合物或寡聚物构成。

13.根据权利要求1～12中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒在表面上或在整个颗粒中具有可电离基团，优选为共价连接的酸基。

14.根据权利要求13的气体扩散电极，其中所述酸基为羧酸基、磺酸基、硫酸基、膦酸基和/或磷酸基。

15.根据权利要求1～14中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒是至少由苯乙烯和乙烯基磺酸制备的有机的聚合物和/或寡聚物。

16.根据权利要求1～15中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒的平均颗粒直径为5nm～500nm。

17.根据权利要求1～16中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒基本呈球形或基本呈星形。

18.根据权利要求1～17中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒是固体颗粒。

19.根据权利要求1～18中任一项的气体扩散电极，其中所述含可电离基团的颗粒是通过乳液聚合制备的。

20.气体扩散电极的制备方法，所述气体扩散电极用于工作温度可高至250℃的聚合物电解质-燃料电池，该气体扩散电极具有多个透气性导电层，该导电层包括至少一个气体扩散层和至少一个催化剂层，其中该催化剂层包含平均颗粒直径在纳米范围内的含可电离基团的颗粒，该方法包括以下步骤：

A)在合适溶剂中制备悬浮液，该悬浮液含有至少一种用于催化剂层的颗粒状导电性载体材料和平均颗粒直径在纳米范围的含可电离基团的颗粒，在颗粒状导电性载体材料中至少一部分颗粒包含电催化剂，

B)在基体上使悬浮液成形为电极形状，

C)在基体上干燥来自步骤B)的电极形状，以及

D)将来自步骤C)的电极形状转移至膜-电极单元中。

21.根据权利要求20的方法，其中用于催化剂层的所述颗粒状导电性载体材料以粉末形式提供，该催化剂层至少部分地装载有电催化剂。

22.根据权利要求20或21的方法，其中用于催化剂层的所述颗粒状导电性载体材料以悬浮液或膏状物的形式提供，和/或催化剂层成形为电极形状通过在至少一个基体上涂覆悬浮液或膏状物以及后续干燥进行。