[发明专利]一种燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池膜电极，其特征在于，所述膜电极包括质子交换膜、分别涂敷在质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层、覆盖在所述阴极催化层和阳极催化层外侧的扩散层，其中，所述阴极催化层和阳极催化层包括催化剂以及全氟磺酸树脂，所述全氟磺酸树脂包括长侧链树脂、中长侧链树脂和短侧链树脂；

当燃料电池运行时的进气相对湿度小于30％时，所述阴极催化层中的全氟磺酸树脂为短侧链树脂或中长侧链树脂，所述阳极催化层中的全氟磺酸树脂为中长侧链树脂或长侧链树脂；且阴极催化层和阳极催化层中的全氟磺酸树脂种类不同；

当燃料电池运行时的相对湿度为30％～70％时，所述阴极催化层中的全氟磺酸树脂为短侧链树脂或中长侧链树脂或长侧链树脂，所述阳极催化层中的全氟磺酸树脂为短侧链树脂或中长侧链树脂或长侧链树脂；且阴极催化层和阳极催化层中的全氟磺酸树脂种类不同；

当燃料电池运行时的相对湿度大于70％时，所述阴极催化层中的全氟磺酸树脂为中长侧链树脂或长侧链树脂，所述阳极催化层中的全氟磺酸树脂为短侧链树脂或中长侧链树脂；且阴极催化层和阳极催化层中的全氟磺酸树脂种类不同。

2.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述长侧链树脂的侧链分子结构为-OCF₂CF(CF₃)OCF₂CF₂SO₃H；

所述中长侧链树脂的侧链分子结构为-OCF₂CF₂CF₂CF₂SO₃H；

所述短侧链树脂的侧链分子结构为-OCF₂CF₂SO₃H。

3.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，当燃料电池运行时的相对湿度小于30％时，所述扩散层的厚度为0.20-0.30mm，接触角大于120°；

当燃料电池运行时的相对湿度为30％～70％时，所述扩散层的厚度为0.18-0.25mm，接触角大于130°；

当燃料电池运行时的相对湿度大于70％时，所述扩散层的厚度为0.14-0.20mm，接触角大于150°。

4.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述催化剂包括铂黑、碳载铂或碳载铂合金，且所述阳极催化层中铂载量为0.03～0.5mg/cm²，所述阴极催化层中铂载量为0.1～2mg/cm²。

5.如权利要求4所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述催化剂和全氟磺酸树脂的质量比为(1～5)：1。

6.如权利要求1所述的燃料电池膜电极，其特征在于，所述质子交换膜为全氟磺酸树脂复合膜，所述质子交换膜的厚度为5-200um。

7.一种如权利要求1～6任一所述燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)选取催化剂、全氟磺酸树脂、水以及有机溶剂混合，经超声、乳化均质分散后，制成阴极催化剂浆料和阳极催化剂浆料；

(2)将阴极催化剂浆料和阳极催化剂浆料分别喷涂在质子交换膜的两侧表面，形成阴极催化层和阳极催化层；

(3)通过热压在阴极催化层和阳极催化层外侧覆盖扩散层，得到所述燃料电池膜电极。

8.如权利要求7所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙三醇、乙酸乙酯中的一种或多种，所述有机溶剂与水的比例为(0.5-5):1。

9.如权利要求7所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述热压温度为120～200℃，热压时间为10～300s，热压压力为0.2～5MPa。