[发明专利]一种具有催化剂梯度的膜电极在审
| 申请号： | 201910412175.6 | 申请日： | 2019-05-17 |
| 公开（公告）号： | CN110289423A | 公开（公告）日： | 2019-09-27 |
| 发明（设计）人： | 冯聪;曲坤南 | 申请（专利权）人： | 同济大学 |
| 主分类号： | H01M4/92 | 分类号： | H01M4/92;H01M8/1004;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 | 代理人： | 杨元焱 |
| 地址： | 200092 *** | 国省代码： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 质子交换膜 催化剂层 膜电极 催化剂纳米颗粒 催化剂 导电载体材料 离子型聚合物 界面连接 应力分布 混合物 电极 铂颗粒 界面处 驱动力 制备 递增 腐蚀 缓和 | ||
1.一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，包括中间的质子交换膜(6)和分别设于质子交换膜(6)两侧的催化剂层；
所述的催化剂层为催化剂纳米颗粒、导电载体材料和离子型聚合物构成混合物，所述的催化剂纳米颗粒在催化剂层中的载量由靠近质子交换膜(6)处自内至外分别向两侧梯度递增。
2.根据权利要求1所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，所述的催化剂层包括位于质子交换膜(6)一侧的阳极催化层(5)和另一侧的阴极催化层(7)；
所述的阳极催化层(5)中催化剂纳米颗粒的质量分数为20％，所述的阴极催化层(7)中催化剂纳米颗粒的质量分数为30％。
3.根据权利要求1所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，催化剂层中催化剂的载量由靠近质子交换膜(6)处向两侧呈三级梯度递增；
其中，第一级催化层(8)中催化剂载量占阳极/阴极侧催化总量的15％～20％；
第二级催化层(9)中催化剂载量占阳极/阴极侧催化总量的30％～35％；
第三级催化层(10)中催化剂载量占阳极/阴极侧催化总量的45％～50％。
4.根据权利要求3所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，
所述的第一级催化层(8)中催化剂载量占阳极/阴极侧催化总量的17％；
所述的第二级催化层(9)中催化剂载量占阳极/阴极侧催化总量的33％；
所述的第三级催化层(10)中催化剂载量占阳极/阴极侧催化总量的50％。
5.根据权利要求3所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，第一级催化层(8)、第二级催化层(9)和第三级催化层(10)的厚度相同。
6.根据权利要求1所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，所述的催化剂纳米颗粒为铂纳米颗粒。
7.根据权利要求6所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，所述的铂纳米颗粒的平均尺寸为1～3nm。
8.根据权利要求2所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，所述的导电载体材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳纳米管阵列中的一种。
9.根据权利要求8所述的一种具有催化剂梯度的膜电极，其特征在于，所述的导电载体材料为石墨烯。
10.一种权利要求1中具有催化剂梯度的膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备Pt/C催化剂，将Pt/C催化剂与离子型聚合物均匀混合，得到催化剂层混合物，按照Pt的质量分数梯度递增制备多组催化剂层混合物；
S2：将每组催化剂层混合物由质子交换膜(6)一侧进行逐层喷涂，使得催化剂纳米颗粒在催化剂层中的载量由靠近质子交换膜(6)侧向远离侧梯度递增；
S3：以S2中相同的方式完成质子交换膜(6)另一侧的喷涂，得到均具有多层结构的阳极催化层(5)和阴极催化层(7)。
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