[发明专利]用于具有改进的斥水性的膜电极组件的电极及其制造方法

说明书

本发明公开一种用于膜电极组件的电极及其制造方法，该方法包括：制备包含具有附着到侧链末端的亲水基团的离聚物的分散溶液；将金属盐添加到所述分散溶液中以制造混合物；将催化剂添加到所述混合物中以制造催化剂浆料；对所述催化剂浆料进行热处理；利用酸对经过热处理的催化剂浆料进行处理；以及涂覆所得材料以制造所述电极。根据本发明，通过控制离聚物的亲水基团和疏水部分的排列，使离聚物的亲水基团和疏水部分与催化剂结合。

技术领域

本公开涉及一种用于膜电极组件的电极及其制造方法。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

通常，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)已广泛用作汽车的燃料电池。为了使该聚合物电解质膜燃料电池在汽车的各种行驶条件下正常地发挥几十kW以上的高输出性能，聚合物电解质膜燃料电池需要在宽电流密度范围内稳定工作。

燃料电池的发电反应发生在包括全氟磺酸离聚物基电解质膜(PerfluorinatedSulfonic Acid(PFSA)Ionomer-Based Membrane)和阳极(anode)/阴极(cathode)电极的膜电极组件(Membrane-Electrode Assembly,MEA)中。将氢供给作为燃料电池的氧化电极的阳极后，氢被分离为氢离子(质子)和电子，氢离子通过膜向作为还原电极的阴极移动，电子通过外部电路移动到阴极。在阴极中，氧分子、氢离子和电子一起反应产生电能，并生成水(H₂O)和热作为反应副产物。

膜电极组件的电极包含催化剂和作为粘合剂的离聚物。离聚物是具有主链和侧链的聚合物材料，诸如磺酸基的官能团附着到其末端。具体来说，主链和侧链是疏水的，官能团是亲水的。

随着亲水官能团接近催化剂，氢离子在电极中顺利移动。此外，随着疏水性主链和侧链远离催化剂，提高了电极的斥水性，有利于水的排出。因此，可以有效地抑制溢流。

然而，我们发现在现有技术中，将催化剂和离聚物简单地混合以形成电极。因此，由于离聚物的亲水部分和疏水部分随机地附着到催化剂，不能有效地利用上述效果。

发明内容

本公开提供一种朝向催化剂的离聚物的亲水部分和疏水部分的排列被控制以提高性能的电极及其制造方法。

在另一形式中，本公开提供一种减少离聚物的使用量的电极及其制造方法。

本公开的目的不限于上述目的。本公开的目的将通过以下描述变得更加明显，并且将通过权利要求书中描述的手段及其组合来实现。

根据本公开的实施例，一种用于膜电极组件的电极的制造方法可以包括：制备包含具有附着到侧链末端的亲水基团的离聚物的分散溶液；将金属盐添加到分散溶液中以制造混合物；将催化剂添加到混合物中以制造催化剂浆料；对催化剂浆料进行热处理；利用酸对经过热处理的催化剂浆料进行处理；以及涂覆所得材料以制造电极。

亲水基团可以包含选自由羟基、羧基、硝基、磺酸基及其组合组成的组中的至少一种。

离聚物可以包含选自由磺化聚酰亚胺(S-PI)、磺化聚芳醚砜(S-PAES)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、全氟磺酸树脂(PFSA)、磺化聚苯并咪唑(S-PBI)、磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚苯乙烯(S-PS)、磺化聚磷腈及其组合组成的组中的至少一种。

分散溶液可以包含5wt％至20wt％的离聚物。

在制造方法中，金属盐可以以100重量份的离聚物为基准以50至200重量份的量添加，从而制造混合物。

在制造方法中，可以搅拌混合物，以使金属盐的金属离子附着到离聚物的亲水基团上。