[发明专利]一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在表面具有三维结构的模板上涂覆成型溶液，通过热压或冷压的方式，得到表面具有反三维结构的质子交换膜；

S2、将催化剂均匀分布在质子交换膜具有反三维结构的一面，形成催化剂层；

S3、通过干法工艺将电子导体涂布在催化剂层上；

S4、在S3的电子导体的表面附上气体扩散层。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：所述三维结构包括锯齿形、孔型或柱状矩阵型。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：在所述S2中，通过真空溅射气象沉积、静电喷涂或超声喷涂方式，将铂催化剂和具有反三维结构的质子膜表面结合。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：在所述S2中，将不同浓度的铂碳催化剂溶液A、B、C按照浓度高低顺序依次涂覆在具有反三维结构的质子交换膜表面，且在每次涂覆后进行固化处理，催化剂层沿厚度方向铂含量依次降低。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：在所述S2中，将质子交换膜将具有反三维结构的一面进行射频等离子体处理，使得催化剂层表面在经过纳米刻蚀后形成微纳米结构。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：在10～20kHz的射频电源下，并在氩气或氨气氛围下，在催化剂层表面形成不规则排布的微纳米级凹坑和/或凸起的双重结构。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：在所述S1中，对具有反三维结构的质子交换膜的表面采用激光冲击处理，通过控制光斑间距或激光脉冲能量大小，使得反三维结构表面形成十字交叉的阵列凹坑表面微织构。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：所述气体扩散层为碳纸、碳毡、多孔钛中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：所述成型溶液为全氟磺酸溶液、磺化聚醚醚酮溶液、磺化三氟苯乙烯溶液中的一种或多种的组合。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池三维结构膜电极的制备方法，其特征在于：所述电子导体为碳材料或金属材料，所述碳材料为纳米碳、多孔碳、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种，所述金属材料为钛及金属合金、金、银、铂或钯材料中的一种或多种。