[发明专利]一种燃料电池膜电极的催化层结构

权利要求书

1.一种燃料电池膜电极的催化层结构，其特征在于，所述催化层含有离子交换树脂，所述离子交换树脂的分子结构呈现亲疏水相准有序排列，所述分子结构中的亲水性正离子朝向催化层的一侧，所述分子结构中的疏水性负离子朝向催化层的方向相反的另一侧。

2.根据权利要求1所述的催化层结构，其特征在于，所述离子交换树脂为氢离子型全氟磺酸树脂、钠型全氟磺酸树脂、季铵盐型全氟磺酸树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的催化层结构，其特征在于，所述亲水性正离子为氢离子型全氟磺酸树脂解离形成的氢离子、钠型全氟磺酸树脂解离形成的钠离子或季铵盐型全氟磺酸树脂解离形成的四丁基铵离子；所述疏水性负离子为氢离子型全氟磺酸树脂、钠型全氟磺酸树脂、季铵盐型全氟磺酸树脂解离亲水性正离子后的大分子。

4.根据权利要求1所述的催化层结构，其特征在于，所述催化层包括催化剂，所述催化剂与准有序排列的离子交换树脂形成微观团聚体，所述微观团聚体之间形成微孔，通过控制离子交换树脂中亲水性的正离子朝向一致，集中形成连续的亲水通道；通过控制疏水性的负离子朝向一致，集中形成连续的疏水通道。

5.根据权利要求5所述的催化层结构，其特征在于，所述亲水通道负责传递质子和水；所述疏水通道负责传输气体。

6.根据权利要求1所述的催化层结构，其特征在于，所述催化层还包括催化剂和添加剂，所述催化剂、离子交换树脂、添加剂的比例为5:1:0.1～1:1:1。

7.一种权利要求1所述的燃料电池膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述方法为：将制备成型的催化层进行高温热压，同时对所述催化层施加高压电场，使所述离子交换树脂达到玻璃化温度时，离子交换树脂上亲水性正离子和疏水性负离子发生解离并定向排列，得到所述催化层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将制备成型的催化层，放置在两块加热板中间，并向其中一块加热板施加高压静电荷，使之与另一块加热板之间形成高压电场，使所述催化层处于高压电场下，当温度达到所述离子交换树脂的玻璃化温度时，离子交换树脂发生熔融，离子交换树脂中的亲水性正离子和疏水性负离子定向排列，形成所述催化层结构。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热压温度为120℃～150℃；热压压力为1～3MPa；高压电场的电压为10～100kV；所述高压电场的施加时间为1-10min；所述催化层厚度为1～10μm。