直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及直接甲醇燃料電池的膜電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直接甲醇燃料電池（DMFC)使用液體燃料，方便攜帶，易于充灌。另外，其結(jié)構(gòu)簡 單，近室溫下運行，運行可靠，能源轉(zhuǎn)化效率較高。DMFC在小型或攜帶式動力源上的應(yīng)用備 受關(guān)注。
[0003] 圖1是采用甲醇稀溶液的傳統(tǒng)DMFC的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇水溶液流經(jīng)陽極電流收 集板中的流道，在膜電極結(jié)構(gòu)（MEA)陽極側(cè)的催化層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳，氫離 子，和電子。氫離子通過質(zhì)子傳導(dǎo)膜到達陰極側(cè)，與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水，而電子則 通過外部電路，在對外做功后，從陽極側(cè)到達陰極側(cè)。一般，從陽極到陰極，MEA由陽極的氣 體擴散層（GDL)，微孔層（MPL)，催化層（CL)，質(zhì)子膜（如杜邦公司的Nafion膜），陰極的催 化層，微孔層，和氣體擴散層組成。式（1-3)是DMFC陽極，陰極，及總體電化學(xué)反應(yīng)的平衡 式。
【主權(quán)項】
1. 直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)，包括陽極氣體擴散層，陽極微孔層，陽極催化層，質(zhì) 子膜，陰極催化層，陰極微孔層，和陰極氣體擴散層，所述的質(zhì)子膜居中，其特征在于：陽極 氣體擴散層和陰極氣體擴散層采用經(jīng)過憎水處理碳紙，碳布，或其它多孔導(dǎo)電板（包括金 屬或石墨材料等），其PTFE含量在l-50wt%之間；陽極氣體擴散層上涂覆有陽極微孔層，陰 極氣體擴散層上涂覆有陰極微孔層，所述的陽極微孔層和陰極微孔層的PTFE含量大致相 當(dāng)，且微孔孔徑大致相等。
2. 如權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的質(zhì)子膜厚 度為所述的陽極微孔層和陰極微孔層的PTFE含量在2-50wt%之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)，其特征在于：陽極催化層中催 化劑的金屬載量在l-8mg/cm2左右，陰極催化層的金屬載量在0. l-6mg/cm2之間。
4. 制備如權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)的方法，除了通常的直接甲 醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)的制備步驟外，還包括如下步驟： A1.將陽極氣體擴散層和陰極氣體擴散層進行憎水處理，陽極氣體擴散層和陰極氣體 擴散層可W采用碳紙，碳布，或其它多孔導(dǎo)電板，經(jīng)憎水處理后其PT陽含量在l-50wt%之 間； A2.在陽極氣體擴散層上制備陽極微孔層，在陰極氣體擴散層上制備陰極微孔層；將 碳顆粒、PTFE，及有機溶劑在充分混合后，均勻地涂在經(jīng)憎水處理后的陽極氣體擴散層上， 再經(jīng)高溫烘烤后固化成陽極微孔層；再W相同方法在或陰極氣體擴散層制備陰極微孔層， 使陽極微孔層和陰極微孔層的PTFE含量大致相當(dāng)而微孔孔徑大致相等； A3.制備陽極催化層和陰極催化層。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟A2所述的陽極微孔層和陰極微孔層的 PT陽含量在2-50wt%之間。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，另外特征包括；陽極微孔層和陰極微孔層的PTFE含量大 致相當(dāng)，且微孔孔徑大致相等。
【專利摘要】直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)，包括陽極氣體擴散層，陽極微孔層，陽極催化層，質(zhì)子膜，陰極催化層，陰極微孔層，和陰極氣體擴散層，所述的質(zhì)子膜居中，其特征在于：陽極氣體擴散層和陰極氣體擴散層采用經(jīng)過憎水處理的碳紙，碳布，或其它多孔導(dǎo)電板，其PTFE含量在1-50wt％；陽極氣體擴散層上涂覆有陽極微孔層，陰極氣體擴散層上涂覆有陰極微孔層，所述的陽極微孔層和陰極微孔層的PTFE含量大致相同，其PTFE含量在2-50wt％；且微孔孔徑大致相等。本發(fā)明中陽極催化層中催化劑的金屬載量在1-8mg/cm2左右，陰極催化層的金屬載量在0.1-6mg/cm2之間。本發(fā)明還包括所述的直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)的制備方法。
【IPC分類】H01M4-88, H01M4-86
【公開號】CN104577138
【申請?zhí)枴緾N201410765425
【發(fā)明人】陸國強
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月12日