[发明专利]膜电极的制备方法、膜电极阳极催化层的制备方法

说明书

本发明揭示了一种膜电极的制备方法、膜电极阳极催化层的制备方法，所述制备方法包括：将质子交换膜一面浸入在铂前驱体/水溶液中；将碳载体金属或金属氧化物与全氟磺酸树脂混合后，在有机溶剂中超声均匀形成黑色的催化剂浆料；将制备的阳极基底催化层上放入电镀磨具中进行脉冲电沉积，通入饱和氮气，插入辅助电极与参比电极；设定脉冲频率、通导及断开时间、脉冲沉积总时间，即制得一种阳极催化层原位内嵌入式核壳催化剂；本发明提出的膜电极的制备方法、膜电极阳极催化层的制备方法，可提高制备效率，提高制备过程的可控性及精密度，同时可降低成本。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法以及膜电极阳极催化层的制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，人们对质子交换膜燃料电池产生了巨大的热情，许多国家均对它们的发展进行了较大的科技投入并取得了很大进展。目前质子交换膜燃料电池技术上已经十分成熟，部分产品已经投入市场。

然而，目前燃料电池的研究发展中仍旧存在着一些问题，在商业化的道路上还面临着许多技术上的挑战。最突出的问题来源于燃料电池大量使用贵金属铂作为催化剂来加快发电进程，但是这势必大幅度增加了燃料电池的成本和可塑性，使其价值的体现渐渐偏离了人们的生活曲线。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的催化剂的制备方式，以便克服现有制备方式存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种膜电极的制备方法、膜电极阳极催化层的制备方法，可大幅度降低Pt的用量，有效提高Pt的利用率，降低成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种膜电极的制备方法，所述制备方法包括：

(1)利用离子交换法制备表面含铂前驱体的质子交换膜：首先将质子交换膜裁成2.5×2.5cm大小，依次经过稀硫酸和双氧水的浸泡，接着用蒸馏水冲洗干净；质子交换膜为全氟磺聚合物膜；

(2)配置5mmol/L～100mmol/L的铂前驱体水溶液，所述铂前驱体为二氯四胺合铂；

(3)将步骤(1)处理好的质子交换膜一面浸入在步骤(2)所得溶液中，静置1min～60min，得到铂前驱体修饰的全氟磺酸聚合膜，记作Pt⁺-Nafion，待步骤(5)使用；

(4)制备碳载体负载金属或者碳载体负载金属氧化物作为核材料：首先将碳载体进行氧化处理，提高表面亲水性并且得到更多的缺陷位；将处理后的碳载体与相对应的目标金属的前驱体混合，通过反应得到作为基底核材料的碳载体负载的金属或金属氧化物；所述金属包括Pd,Ru,Ir,Au,Co中的至少一种；所述金属氧化物包括WO₃，WO_2.7，W₁₁O₄₉，RuO₂，IrO₂，CeO₂，MoO₃中的至少一种；金属或者金属氧化物在碳载体上的负载量为3％～50％，纳米粒子大小为3～20nm；

其中，碳载体负载金属采用浸渍还原的方法得到：首先在欲负载的目标金属的前驱体水溶液中加入柠檬酸作为络合剂，并在搅拌的同时加入处理过的碳粉20～300mg，将混合溶液置于60～80℃的水浴锅，进行搅拌蒸发，然后放入真空烘箱60～80℃干燥6h；紧接着取出干燥后的粉体进行适当研磨，再将其转入至管式炉中，氢气气氛下进行焙烧，温度为100～300℃，时间为2～6h；然后用去离子水洗涤1～2遍，置于真空干燥箱中70℃真空干燥12h；其中柠檬酸与前驱体总金属的摩尔比为0.25:1～4:1；所述碳载体负载金属的金属前驱体为氯化钌、氯化钯、氯化铱，氯金酸或氯化钴的一种；