[发明专利]氢氧燃料电池用膜电极及其制备方法，及氢氧燃料电池

说明书

本发明提供了一种氢氧燃料电池用膜电极的制备方法，包括如下步骤：S1.制备催化剂浆料1和催化剂浆料2；S2.将催化剂浆料1喷涂于质子交换膜形成第一催化层；S3.在第一催化层表面喷涂催化剂浆料2形成第二催化层；其中，催化剂浆料1中催化剂1的贵金属含量高于催化剂浆料2中催化剂2的贵金属含量，制备催化剂浆料2中催化剂2与质子交换膜溶液的质量比低于制备催化剂浆料1中催化剂1与质子交换膜溶液的质量比，催化剂浆料2的喷涂速度高于催化剂浆料1，催化剂浆料2中的固含量低于催化剂浆料1。本发明制备的膜电极催化层具有成分和结构双重梯度，克服了氢氧燃料电池的生产成本高、性能差和氢气、氧气、质子和电子在催化层内部传输不畅等问题。

技术领域

本发明涉及氢氧燃料电池制备技术领域，尤其涉及一种氢氧燃料电池用膜电极及其制备方法，及氢氧燃料电池。

背景技术

氢氧燃料电池是一种能量转化装置，将氢气，氧气蕴含的化学能转化成电能。氢氧燃料电池具有运行效率高、能量密度高、低排放、无噪音、模块化等特点。在交通工具(飞机，汽车，轮船)、分布式发电、备用电源等领域具有广阔的应用前景。

氢气和氧气在燃料电池内部发生反应生成电能，更具体的是在膜电极两侧发生化学反应，因此膜电极作为氢氧燃料电池的核心组件，其性能的好坏直接影响到氢氧燃料电池的使用。膜电极由阴极催化层、质子交换膜和阳极催化层三个部分构成。氢气经过阳极扩散层到达阳极催化层，在反应的活性位点催化剂(Pt，Bd)表面发生氧还反应，生产质子和电子，质子和电子分布通过质子交换膜和外电路到达阴极催化层；空气经过扩散层到达阴极催化层，发生还原反应，与质子和电子生成水。高性能的膜电极要具备较多的活性位点、通畅的气体通道、质子通道和电子通道，但是现有常规技术制备的膜电极很难同时满足以上几个条件，造成氢氧燃料电池的生产成本高，性能差，而且现阶段膜电极的制备通常是将催化剂直接涂覆到质子交换膜上，这种技术虽提高了铂的利用率。但是很少考虑到氢气、氧气、质子和电子在催化层内部的传输。

因此，急需对现有氢氧燃料电池用膜电极的制备方法进行改进优化，以制备出氢气、氧气、质子和电子在催化层内部的易传输的结构的高性能膜电极，进而制备出高性能的氢氧燃料电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢氧燃料电池用膜电极的制备方法，以克服氢氧燃料电池的生产成本高、性能差和氢气、氧气、质子和电子在催化层内部传输不畅等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种氢氧燃料电池用膜电极的制备方法，包括如下步骤：

S1.制备催化剂浆料1和催化剂浆料2；

S2.将催化剂浆料1喷涂于质子交换膜形成第一催化层；

S3.在第一催化层表面喷涂催化剂浆料2形成第二催化层；

其中，催化剂浆料1中催化剂1的贵金属含量高于催化剂浆料2中催化剂2的贵金属含量，制备催化剂浆料2中催化剂2与质子交换膜溶液的质量比低于制备催化剂浆料1中催化剂1与质子交换膜溶液的质量比，催化剂浆料2的喷涂速度高于催化剂浆料1，催化剂浆料2中的固含量低于催化剂浆料1。

一种采用上述制备方法制备的氢氧燃料电池用膜电极及包含该氢氧燃料电池用膜电极的氢氧燃料电池。