[发明专利]一种双功能电极及制备和发电单元

权利要求书

1.一种双功能电极，其特征在于：包括基底层，于所述基底层一侧表面附着有电容层、另一侧表面附着有催化层。

2.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：催化层中催化剂的载量为0.05-5mg/cm²，电容层中电容材料的载量为0.1-50mg/cm²。

3.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：所述催化层中含有电催化剂和粘结剂；所述粘结剂质量占总质量的5％-50％，所述粘结剂为PTFE或。

4.如权利要求1或2所述双功能电极，其特征在于：所述电容层中包含导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚芴、聚嵌二萘、聚甘菊环、聚萘、聚咔唑、聚吲哚或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或它们的衍生物或它们之间的共聚物中的一种或两种以上。

5.如权利要求1或2所述双功能电极，其特征在于：所述基底层为导电材料制成，所述基底层为碳布、碳纸中的一种。

6.一种权利要求1-5任一所述双功能电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤,

(1)采用电化学方法于基底材料一侧表面制备电容层，或先采用化学聚合方法制备导电聚合物，再采用刷涂或喷涂或丝网印刷中的一种或两种以上将导电聚合物制备于基底材料一侧表面；

(2)采用刷涂或喷涂或丝网印刷中的一种或两种以上于基底材料的另一侧表面制备催化层。

7.如权利要求6所述双功能电极的制备方法，其特征在于：

所述电化学方法为以添加有掺杂酸的用于合成导电聚合物的单体的溶液为电解质溶液中，以一导电基底为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为工作电极，于一导电基底表面电化学沉积导电聚合物，制备所述电容层；

所述化学聚合方法为用于合成导电聚合物的单体的溶液中加入掺杂酸和氧化剂使之发生化学聚合反应制备导电聚合物；所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚芴、聚嵌二萘、聚甘菊环、聚萘、聚咔唑、聚吲哚或聚 (3,4-乙烯二氧噻吩)或它们的衍生物或它们之间的共聚物中的一种或两种以上的混合物。

8.如权利要求7所述双功能电极的制备方法，其特征在于：

所述电化学沉积法制备导电聚合物时，所述用于合成导电聚合物的单体的溶液的溶剂为水，导电聚合物的单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L；所述电化学沉积过程中反应温度为-5-50℃，沉积电流密度为0.001-20mA/cm²；

所述化学聚合法制备导电聚合物时，所述导电聚合物单体溶液的溶剂为甲醇、乙醇、水、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合溶液，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L，溶液中氧化剂与用于合成导电聚合物的单体的物质的量的比为0.5-2；所述反应温度为-5-50℃，反应时间为12-48小时；所述氧化剂为过硫酸铵，氯化铁，过氧化氢，高锰酸钾中的一种或两种以上的混合物。

9.一种采用权利要求1-5任一所述双功能电极的燃料电池-超级电容器一体化发电单元，其特征在于：包括依次层状叠合的阳极、电解质膜和阴极，所述阳极和/或阴极为双功能电极；所述电解质膜为质子交换膜或碱性阴离子交换膜。

10.如权利要求9所述燃料电池-超级电容器一体化发电单元，其特征在于：所述双功能电极中的催化层与所述电解质膜贴接。