[发明专利]提升燃料电池膜电极阴极催化层性能的方法

权利要求书

1.一种用于质子交换膜燃料电池电堆的阴极催化层，其特征在于，

所述阴极催化层包括：铂碳催化剂、亲水性粘结剂、疏水性粘结剂、导电性碳颗粒；

所述阴极催化层添加有定量亲水性粘结剂，亲水性粘结剂的作用是提高阴极催化层的质子传递能力，降低质子传递电阻；

所述阴极催化层添加有定量疏水性粘结剂，疏水性粘结剂的作用是提高阴极催化层的水管理能力，催化催化层内部液态水的排出；

所述疏水性粘结剂和亲水性粘结剂比例为0.6；

所述阴极催化层分为两层，近质子交换膜侧的催化层添加有定量的导电性碳颗粒，而近气体扩散层的催化层不添加导电性碳颗粒，导电性碳颗粒的作用的提供阴极催化层的空隙率和降低催化层纵向电阻，所述导电性碳颗粒具有比铂碳催化剂更大的尺寸，所述导电性碳颗粒选择多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管的直径为15-30nm，长度为1um-20um。

2.根据权利要求1所述的阴极催化层，所述阴极催化层添加的导电性碳颗粒在添加到阴极催化层前做预处理，预处理方法为：将导电性碳颗粒加入到硝酸溶液中于60-70℃反应釜中处理4-7小时；

所述导电性碳颗粒尺寸大于铂碳催化剂，该导电性碳颗粒是碳纳米管、碳纳米角、碳纳米纤维或乙炔黑；

所述导电性碳颗粒按催化剂和粘结剂总质量的0.5%~20%的比例添加到催化剂浆料中混合均匀后涂布到质子交换膜表面。

3.根据权利要求1所述的阴极催化层，通过将铂碳催化剂、亲水性粘结剂、疏水性粘结剂、溶剂、导电性碳颗粒混合后采用超声分散的方式获得均匀的催化剂浆料，或者采用球磨的方式获得均匀的催化剂浆料；

所述铂碳催化剂占阴极催化层固体总物质含量的50%~80%；

所述铂碳催化剂的铂质量百分比为20~60%。

4.根据权利要求1所述的阴极催化层，所述亲水性粘结剂为Nafion、Flemion或ACIPLEX全氟磺酸离聚物，所述的疏水性粘结剂为PTFE、PVDF或FEP疏水性高分子乳液。

5.根据权利要求1 所述的阴极催化层，所述铂碳催化剂在添加到催化剂浆料中需要进行预处理，预处理方法为将铂碳催化剂于200℃以上惰性气氛中焙烧0.5-3小时，以除去催化剂碳载体表面的酸性官能团。

6.根据权利要求3所述的阴极催化层，所述催化剂浆料，采用水、丙二醇和乙酸作为溶剂，水和乙醇作为离聚物的分散剂，乙酸用于改善铂碳催化剂的分散性。