[发明专利]一种用于纯液体燃料电池的超薄膜电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于纯液体燃料电池的超薄膜电极，其特征为该膜电极的组成依次为阳极支撑层、阳极催化层、离子交换膜、阴极催化层和阴极支撑层；

所述的阳极支撑层和阴极支撑层相同，均为碳纸或碳布，厚度为100～200μm；

所述的阳极催化层为多孔金属合金薄膜，厚度为0.02～1μm，孔径为0.02～0.1μm；

所述的离子交换膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜，厚度为25～300μm；

所述的阳离子交换膜为Nafion膜，所述的阴离子交换膜为AMI膜；

所述的阴极催化层为负载有活性组分的多孔金属层，厚度为0.02～1μm，孔径为0.02～0.1μm；多孔金属为金，活性组分为铂，负载量是180μg/cm²～220μg/cm²；

所述的多孔金属合金为含铝的三元合金中经化学腐蚀去除铝金属后得到的物质，孔径为0.02～1μm；所述含Al三元合金选自含PtAl的三元合金、含PdAl的三元合金、含AuAl的三元合金中的一种；Al原子占三元含Al合金的原子摩尔百分比为30%～70%。

2.如权利要求1所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极，其特征为所述的PtAl三元合金为PtRuAl、PtSnAl、PtBiAl或PtPbAl；所述的含PdAl的三元合金为PdCuAl或PdNiAl；所述的含AuAl的三元合金为AuCuAl或AuPtAl。

3.如权利要求1所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极，其特征为所述的多孔金属为将含金的二元合金中活泼组分去除活性金属后得到多孔金。

4.如权利要求3所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极，其特征为所述的含Au的二元合金具体为金银合金，金的原子摩尔百分比为40%～60%。

5.如权利要求1所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极的制备方法，其特征为包括以下步骤：

（1）将离子交换膜在60℃～100℃的条件下依次放入过氧化氢溶液和稀硫酸溶液中，各煮0.5h～1.5h；所述的离子交换膜的厚度为25μm～300μm；

（2）在高真空双室磁控溅射系统中，在上步得到的离子交换膜表面上溅射三元合金，时间为1min～3min；溅射的三元合金的厚度为0.02～1μm；

（3）将上步得到的“三元合金-离子交换膜”材料放入1M～3M的NaOH碱液中腐蚀24h～48h，得到相应的阳极催化层和离子交换膜材料；

（4）将0.02～1μm厚的金银合金在65wt％～68wt%的硝酸、20℃～40℃的温度下腐蚀40min～80min以得到多孔金；另用碱液将1mM～2mM氯铂酸溶液的PH值调节至9～10，并将反应体系的温度维持在20℃～30℃，接着将得到的多孔金放入到氯铂酸溶液中，用肼溶液产生的肼蒸气还原吸附在多孔金上的铂离子，反应30min～90min得到薄膜状的多孔金负载铂，制备完成后需用阴极碳纸捞取多孔金负载铂；

所述的多孔金上担载的铂含量为180μg/cm²～220μg/cm²；肼溶液的体积比由“水合肼：水=1～2:1”混合而得；

（5）首先将热压机的热压温度和热压压力分别调节至120℃～150℃和80kg/cm²～120kg/cm²，然后用夹具从阳极到阴极依次将“阳极碳纸、阳极催化层、离子交换膜、阴极催化层和阴极碳纸”夹在一起对齐，并放入热压机上，最后控制热压时间为120～240s；得到超薄膜电极。

6.如权利要求5所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极的制备方法，其特征为所述的步骤（1）中的过氧化氢溶液的浓度范围为3wt％～5wt%；所述的稀硫酸浓度为0.5M～1M。

7.如权利要求5所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极的制备方法，其特征为所述的超薄膜电极的厚度为250μm～300μm。

8.如权利要求5所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极的制备方法，其特征为所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极的应用，用于纯液体燃料电池。

9.如权利要求8所述的用于纯液体燃料电池的超薄膜电极的制备方法，其特征为所述的纯液体燃料电池具体为水合肼-双氧水燃料电池、硼氢化钠-双氧水燃料电池、甲醇-双氧水燃料电池或甲酸-双氧水燃料电池。