[发明专利]一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法。所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到，所述的抗反极活性物质的悬浊液由抗反极活性物质和溶剂组成，所述的抗反极活性物质的悬浊液的pH为6‑7，所述的抗反极活性物质为含有铱或钌的单质、含有铱或钌的单质氧化物或含有铱或钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％。本发明在保证膜电极抗反极能力的同时，可进一步减少贵金属活性物质的添加量，降低成本，在制备过程中抗反极活性物质可与膜电极中其他添加剂一同加入，不额外增加涂覆过程，适合大面积膜电极的制备。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法。

背景技术

燃料电池电堆在实际工作过程中会由于气体传输受阻而引起反极现象的出现。而长时间的反极会导致膜电极性能不可逆的衰减，影响电堆的能量输出。为了保证膜电极的稳定运行，提高膜电极材料在高氧化电位下的稳定性是提高膜电极抗反极能力的有效途径。

目前在抗反极膜电极的研究中，研究人员一般通过向催化剂和膜电极中加入适量的抗反极活性物质，如析氧催化剂来提升抗反极能力。专利CN 110534780 A中提到了将铱等物质调配成墨水后涂覆在半成品膜电极的四周，此方法可以增强膜电极四周的稳定性，但膜电极中心区域缺乏水分解催化剂，因此会影响其抗反极能力。

专利CN 110783579 A提到了向膜电极气体扩散层以及微孔层中添加析氧催化剂前驱体的方法。该方法可以实现膜电极气体扩散层中析氧催化剂的均匀分布，但制备过程中须使用高温处理过程(200℃-700℃)，这一高温处理过程会影响气体扩散层以及微孔层的结构，如导致微孔层中有机粘结剂的分解，进而造成膜电极传质能力或导电性的下降。由此可见目前的研究虽然能局部提升膜电极的抗反极能力，但所使用的添加析氧催化剂或制备催化层的方法会使制备工艺更加复杂，且采用的高温处理过程也不利于膜电极性能的保持，因此需要开发简单易行的，同时可保证膜电极输出功率以及抗反极能力的制备工艺。

发明内容

本发明提供了一种用于燃料电池的抗反极膜电极及其制备方法，使用本发明提出的制备方法得到的膜电极克服了传统方法中抗反极活性物质在催化层中分布不均的缺点，使该活性物质在催化剂墨水中可长时间均匀分布，因此能保证在催化层中的均一性。受益于这种均一性，在保证膜电极抗反极能力的同时，可进一步减少贵金属活性物质的添加量，降低成本。在制备过程中抗反极活性物质可与膜电极中其他添加剂一同加入，不额外增加涂覆过程，适合大面积膜电极的制备。

本发明的目的是提出了一种用于燃料电池的抗反极膜电极，所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到，所述的抗反极活性物质的悬浊液由抗反极活性物质和溶剂组成，所述的抗反极活性物质的悬浊液的pH为6-7，所述的抗反极活性物质为含有铱或钌的单质、含有铱或钌的单质氧化物或含有铱或钌的单质氢氧化物的纳米材料催化剂，所述的抗反极膜电极中抗反极活性物质的质量分数为1％～15％。

本发明得到的抗反极活性物质(析氧催化剂)的悬浊液中只含有铱钌氧化物纳米材料以及相应的溶液，不含其他杂质离子，因此不会污染催化剂墨水，悬浊液pH为7左右，不会对催化剂墨水中的质子交换树脂如Nafion造成不利影响，有利于保证膜电极性能。

优选地，所述的溶剂选自纯水、乙醇和异丙醇中的一种以上。

优选地，所述的抗反极活性物质的悬浊液中抗反极活性物质的浓度为1～100mg/mL，所述的抗反极活性物质的尺寸为0.8-200nm。

优选地，所述的抗反极膜电极由抗反极活性物质的悬浊液和催化剂墨水混合涂覆后烘干制备得到的具体步骤为：取铂碳催化剂，依次加入纯水和异丙醇，其中铂碳催化剂与纯水、异丙醇的质量比为1:5:20，再加入质量分数为5％的Nafion乳液混合均匀得到催化剂墨水，再加入所述的抗反极活性物质的悬浊液混合均匀涂覆后烘干制备得到。