專利名稱：一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極 的制備方法。
二背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置， 具有能量密度高、運(yùn)行溫度低和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車(EV)、分布式電 站等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而成本的居高不下一直是困擾其真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的核心問(wèn) 題之一，其高成本的主要貢獻(xiàn)來(lái)自于電催化劑鉑的大量使用。由于鉑的價(jià)格昂貴，資源匱乏， 在目前仍未找到其催化性能和穩(wěn)定性能與鉑相媲美的非貴金屬催化劑的情況下，降低鉑在 PEMFC中的用量已變得更為迫切。
鉑載量的降低一般通過(guò)提高鉑的利用率和催化活性來(lái)實(shí)現(xiàn)。中國(guó)專利ZL031177786公開(kāi) 了一種"質(zhì)子交換膜燃料電池電極制備新方法"，即在含鉑離子的水溶液中，用電化學(xué)沉積的 方法，將鉑直接沉積在碳與質(zhì)子交換膜形成的三相界面上，形成負(fù)載金屬催化劑鉑的質(zhì)子交 換膜燃料電池氣體催化電極。該方法能夠直接將金屬催化劑鉑選擇性的沉積在既有電子通道， 又有離子傳輸通道的與質(zhì)子膜接觸的載體上，顯示了比傳統(tǒng)的以質(zhì)子交換膜電解質(zhì)溶液粘接 Pt/C催化劑的方法更高的催化劑利用率。但是，該方法在電沉積制備Pt催化電極過(guò)程中仍存在 著因析氫導(dǎo)致鉑鹽局部水解、沖垮多孔碳層，以及所沉積的鉑晶粒粗大等缺陷。中國(guó)專利 200810069271.7公開(kāi)了一種"'核/殼'結(jié)構(gòu)氣體多孔電極催化劑的制備方法"，該方法在含非鉑族 過(guò)渡金屬M(fèi)離子(如Cu、 Co、 N傳)的水溶液中，首先用脈沖電沉積的方法將過(guò)渡金屬 M電沉積在碳與質(zhì)子交換膜形成的三相界面上；然后通過(guò)所沉積非鉑族過(guò)渡金屬與可溶性鉑 鹽之間的化學(xué)置換反應(yīng)，在碳載非鉑族過(guò)渡金屬的表面形成完全置換的鉑單原子層，形成"核 /殼"型燃料電池用催化劑M⑥Pt。該方法在一定程度上克服了由直接電化學(xué)沉積鉑所導(dǎo)致的析 氫效應(yīng)嚴(yán)重、電解質(zhì)水解惡化和鉑晶粒粗大等系列問(wèn)題，提高了催化劑利用率。但是，在燃 料電池反應(yīng)過(guò)程中，非鉑族過(guò)渡金屬M(fèi)會(huì)逐漸氧化溶解，并與質(zhì)子交換膜發(fā)生離子交換反應(yīng)、 降低質(zhì)子傳遞速度，從而降低燃料電池性能。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有直接電沉積鉑的不足之處，提供一種高催化劑利用率質(zhì)子交換 膜燃料電池電極的制備方法。本發(fā)明首先構(gòu)筑具有完整電子通道、氣體通道和質(zhì)子通道的氣體多孔電極。然后，在含有陽(yáng)離子鉑鹽的水溶液中，通過(guò)離子交換法將鉑陽(yáng)離子交換到氣體 多孔電極的全氟磺酸樹(shù)脂上。最后，在酸性水溶液中，通過(guò)電化學(xué)還原的方法，將鉑陽(yáng)離子 還原到與全氟磺酸樹(shù)脂接觸的碳載體上，使每一個(gè)鉑粒子都處于燃料電池反應(yīng)的三相界面上， 從而達(dá)到提高燃料電池催化劑利用率、降低鉑載量的目的。這樣，在保留電化學(xué)沉積催化劑 方法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了由直接電化學(xué)沉積鉑所導(dǎo)致的析氫問(wèn)題、水解問(wèn)題和所沉積鉑顆粒 太大等一系列缺陷。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法， 其具體方法步驟如下
(1) 、制備微孔層
首先，將碳紙浸泡在乙醇水溶液中，超聲波條件下振蕩30min，再將其在30%的聚四氟 乙烯乳液中浸泡30min后置于溫度為34(TC的馬弗爐內(nèi)焙燒40min得到憎水的擴(kuò)散層。按聚 四氟乙烯Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 3稱取聚四氟乙烯和Vulcan XC-72碳粉，然后 以乙醇為溶劑在超聲波條件下振蕩均勻，分多次涂布在憎水的擴(kuò)散層上，最后將其置于溫度 為340。C馬弗爐內(nèi)焙燒45min得到微孔層。
(2) 、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極
按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 1 9稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度 為0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在50 140'C條件下烘干制得全氟 磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極。
(3) 、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極
將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.05 0.5mol/L的陽(yáng)離 子鉑鹽水溶液中，在10 8(TC條件下，浸泡0.5 10小時(shí)后取出用超純水清洗干凈。然后， 采用三電極體系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電 極。在0. 1 lmol/L的酸性水溶液中，10 5(TC溫度下，-0. 5 -1.0V條件下電還原30 300s 后取出用超純水清洗干凈。重復(fù)上述步驟2 10次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電 池催化電極。
其中陽(yáng)離子鉑鹽為二氯四氨合鉑；酸性水溶液為硫酸水溶液、鹽酸水溶液和高氯酸水溶 液的其中之一。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果
(1 )、本發(fā)明不僅繼承了直接電沉積制備Pt催化劑的優(yōu)點(diǎn)——Pt總是擔(dān)載在與全氟磺酸 樹(shù)脂直接相接觸的碳載體上，而且可以克服由直接電沉積pt所導(dǎo)致的析氫問(wèn)題、水解問(wèn)題、所沉積鉑顆粒過(guò)大等問(wèn)題。
(2) 、本發(fā)明所制備的質(zhì)子交換膜燃料電池電極的鉑催化劑利用率高、鉑納米粒子分散 性優(yōu)異且尺寸可控。
(3) 、本發(fā)明所制備的質(zhì)子交換膜燃料電池電極具有鉑載量低、電催化性能高等優(yōu)點(diǎn)。
采用本發(fā)明制備的"高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極"可應(yīng)用于以質(zhì)子交 換膜為電解質(zhì)的燃料電池，如氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等的氣體電極。 用本發(fā)明制造的燃料電池，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車，各種航天器，便攜式電子設(shè)備，如攝像機(jī)， 筆記本電腦，電動(dòng)玩具等。
四

圖1為實(shí)施例1和對(duì)比試驗(yàn)的單電池極化曲線圖。
圖中曲線a以實(shí)施例1制得的高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極為正極，鉑載
量為0.014mg/cm2，傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極為負(fù)極，鉑載量為0.3 mg/cm2，組裝成的單電池 的電壓-電流密度(V-j)曲線，操作條件電池溫度7CTC，以純氫為燃料，純氧為氧化劑， 正負(fù)極背壓均為200kPa (絕對(duì)壓力)，負(fù)極氫氣流速180-200毫升/分鐘，正極02流速200-300 毫升/分鐘，測(cè)試過(guò)程中正負(fù)極均不增濕。
曲線A以實(shí)施例1制得的高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極為正極，鉬載 量為0.014mg/cm2，傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極為負(fù)極，鉑載量為0.3 mg/cm2，組裝成的單電池 的功率密度-電流密度(p-j)曲線，操作條件電池溫度70°C，以純氫為燃料，純氧為氧化 劑，正負(fù)極背壓均為200kPa (絕對(duì)壓力)，負(fù)極氫氣流速180-200毫升/分鐘，正極02流速 200-300毫升/分鐘，測(cè)試過(guò)程中正負(fù)極均不增濕。
曲線1>以對(duì)比試驗(yàn)制得的傳統(tǒng)？1/(:氣體多孔電極為正負(fù)極組裝成的單電池的電壓-電流密度(V-j)曲線，鉑載量為0.3 mg/cm2，操作條件電池溫度70。C，以純氫為燃料，純 氧為氧化劑，正負(fù)極背壓均為200kPa (絕對(duì)壓力)，負(fù)極氫氣流速180-200毫升/分鐘，正極 02流速200-300毫升/分鐘，測(cè)試過(guò)程中正負(fù)極均不增濕。
曲線B以對(duì)比試驗(yàn)制得的傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極為正負(fù)極組裝成的單電池的功率 密度-電流密度(P-j)曲線，鉑載量為0.3 mg/cm2，操作條件電池溫度70'C，以純氫為燃料， 純氧為氧化劑，正負(fù)極背壓均為200kPa (絕對(duì)壓力)，負(fù)極氫氣流速180-200毫升/分鐘，正 極02流速200-300毫升/分鐘，測(cè)試過(guò)程中正負(fù)極均不增濕。
圖2為實(shí)施例2 4的高倍掃描電鏡(SEM)照片。
圖中圖2 (a)為實(shí)施例2制備的催化電極在放大倍數(shù)為200000倍時(shí)觀察到的高倍掃描電鏡(SEM)照片。
圖2 (b)為實(shí)施例3制備的催化電極在放大倍數(shù)為200000倍時(shí)觀察到的高倍掃 描電鏡(SEM)照片。
圖2 (c)為實(shí)施例4制備的催化電極在放大倍數(shù)為200000倍時(shí)觀察到的高倍掃 描電鏡(SEM)照片。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例l
(1) 、制備微孔層
首先，將碳紙浸泡在乙醇水溶液中，超聲波條件下振蕩30min，再將其在30%的聚四氟 乙烯乳液中浸泡30min后置于溫度為34(TC的馬弗爐內(nèi)焙燒40min得到憎水的擴(kuò)散層。按聚 四氟乙烯Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 3稱取聚四氟乙烯和Vulcan XC-72碳粉，然后 以乙醇為溶劑在超聲波條件下振蕩均勻，分多次涂布在憎水的擴(kuò)散層上，最后將其置于溫度 為34(TC馬弗爐內(nèi)焙燒45min得到微孔層。
(2) 、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極
按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 3稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在8(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂 粘接的多孔碳電極。
(3) 、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極
將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.2mol/L的二氯四氨合 鉑水溶液中，在5(TC條件下，浸泡2小時(shí)后取出用超純水清洗干凈。然后，采用三電極體系， 以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極。在0.2mol/L 的硫酸水溶液中，25'C溫度下，-O.SV條件下電還原120s后取出用超純水清洗干凈。重復(fù)上 述步驟2次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
(4) 、制備傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極
按Pt/C催化劑全氟磺酸樹(shù)脂的質(zhì)量比為3 : 1的比例稱取Pt/C催化劑和全氟磺酸樹(shù)脂 (質(zhì)量濃度為5%)，控制鉑含量為0.3mg/cm2，然后以乙醇為溶劑在超聲波條件下振蕩均勻， 分多次均勻涂布在步驟(1)制備的微孔層上得到傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極。
(5) 、高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的單電池性能評(píng)價(jià)以第(3)步制備的高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極為正極，鉑含量為 0.014mg/cm2，第(4)步制備的傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極為負(fù)極。將Nafionl12膜置于陽(yáng)極和 陰極之間，在137'C和5兆帕壓力下熱壓120秒后，取出冷卻至室溫，制得燃料電池的"膜 電極"組件。然后將"膜電極"組件裝入燃料電池夾具進(jìn)行評(píng)價(jià)。以純氫為燃料，純氧為氧 化劑，電池測(cè)試溫度7(TC，正負(fù)極背壓均為200千帕(絕對(duì)壓力)，負(fù)極氫氣流速180-200 毫升/分鐘，正極02流速200-300毫升/分鐘。
單電池極化曲線在恒電位條件下測(cè)試，記錄電位隨電流密度的變化情況，對(duì)應(yīng)圖l中曲 線a。記錄功率密度隨電流密度的變化情況，對(duì)應(yīng)圖1中曲線A。
實(shí)施例2
步驟(1)同實(shí)施例1中步驟(1)。
(2) 、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極
按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 9稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在50。C條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂 粘接的多孔碳電極。
(3) 、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極
將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.5mol/L的二氯四氨合 鉑水溶液中，在8(TC條件下，浸泡10小時(shí)后取出用超純水清洗干凈。然后，采用三電極體 系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極。在lmol/L 的鹽酸水溶液中，5(TC溫度下，_0.5丫條件下電還原303后取出用超純水清洗干凈。重復(fù)上 述步驟10次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
制備好的催化電極用掃描電鏡測(cè)試得到圖2 (a)中的高倍掃描電鏡(SEM)照片。
實(shí)施例3
步驟(1)同實(shí)施例1中步驟(1)。 (2)、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極
按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 1稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在14(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù) 脂粘接的多孔碳電極。(3)、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極 將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.05mol/L的二氯四氨 合鉑水溶液中，在1(TC條件下，浸泡0.5小時(shí)后取出用超純水清洗干凈。然后，采用三電極 體系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極。在 0. lmol/L的高氯酸水溶液中，l(TC溫度下，-1.(^條件下電還原3003后取出用超純水清洗千 凈。重復(fù)上述步驟5次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
制備好的催化電極用掃描電鏡測(cè)試得到圖2 (b)中的高倍掃描電鏡(SEM)照片。
實(shí)施例4
步驟(1)同實(shí)施例1中步驟(1)。
(2) 、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極
按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 3稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%),然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在8(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂 粘接的多孔碳電極。
(3) 、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極
將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.2mol/L的二氯四氨合 鉑水溶液中，在5(TC條件下，浸泡2小時(shí)后取出用超純水清洗干凈。然后，采用三電極體系， 以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極。在0.2mol/L 的硫酸水溶液中，25-C溫度下，-0.8V條件下電還原120s后取出用超純水清洗干凈。重復(fù)上 述步驟2次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
制備好的催化電極用掃描電鏡測(cè)試得到圖2 (c)中的高倍掃描電鏡(SEM)照片。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)
(1) 、制備傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極
按Pt/C催化劑全氟磺酸樹(shù)脂的質(zhì)量比為3 : 1的比例稱取Pt/C催化劑和全氟磺酸樹(shù)脂 (質(zhì)量濃度為5%)，控制鉑含量為0.3mg/cm2，然后以乙醇為溶劑在超聲波條件下振蕩均勻， 分多次均勻涂布在實(shí)施例1中步驟(1)制備的微孔層上得到傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極。
(2) 、制備傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極的單電池性能評(píng)價(jià)
以第(1)步制備的傳統(tǒng)Pt/C氣體多孔電極作為正負(fù)極。將Nafionll2膜置于正極和負(fù)極之間，在137"C和5兆帕壓力下熱壓120秒后，取出冷卻至室溫，制得燃料電池的"膜電極"
組件。然后將"膜電極"組件裝入燃料電池夾具進(jìn)行評(píng)價(jià)。以純氫為燃料，純氧為氧化劑，
電池測(cè)試溫度7(TC，正負(fù)極背壓均為200千帕(絕對(duì)壓力)，負(fù)極氫氣流速180-200毫升/分 鐘，正極02流速200-300毫升/分鐘。
單電池極化曲線在恒電位條件下測(cè)試，記錄電位隨電流密度的變化情況，對(duì)應(yīng)圖l中曲 線b。記錄功率密度隨電流密度的變化情況，對(duì)應(yīng)圖4中曲線B。
本發(fā)明的試驗(yàn)結(jié)果
圖1為分別采用傳統(tǒng)Pt/C電極和高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極為正極組 裝成燃料電池的單電池曲線圖，從圖1的對(duì)比表^^，采用離子交換/電還原制備的催化電極在 鉑載量?jī)H為0.014mg/cn^時(shí)，顯示出與鉑載量為0.3mg/cm2的傳統(tǒng)Pt/C電極相同的單電池性 能。
由掃描電鏡照片(圖2)可以看出采用離子交換/電還原制備的高催化劑利用率電極中 的Pt粒子均勻的分散在電極表面，且晶粒粒徑可以通過(guò)調(diào)節(jié)全氟磺酸樹(shù)脂含量、離子交換/ 電還原的次數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1、一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法，具體的方法步驟包括(1)、制備微孔層首先，將碳紙浸泡在乙醇水溶液中，超聲波條件下振蕩30min，再將其在30％的聚四氟乙烯乳液中浸泡30min后置于溫度為340℃的馬弗爐內(nèi)焙燒40min得到憎水的擴(kuò)散層；按聚四氟乙烯∶Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1∶3稱取聚四氟乙烯和Vulcan XC-72碳粉，然后以乙醇為溶劑在超聲波條件下振蕩均勻，分多次涂布在憎水的擴(kuò)散層上，最后將其置于溫度為340℃馬弗爐內(nèi)焙燒45min得到微孔層；其特征在于(2)、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極按全氟磺酸樹(shù)脂∶Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1∶1～9稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為0.5％)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在50～140℃條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極；(3)、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.05～0.5mol/L的陽(yáng)離子鉑鹽水溶液中，在10～80℃條件下，浸泡0.5～10小時(shí)后取出用超純水清洗干凈；然后，采用三電極體系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極；在0.1～1mol/L的酸性水溶液中，10～50℃溫度下，-0.5～-1.0V條件下電還原30～300s后取出用超純水清洗干凈；重復(fù)上述步驟2～10次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
2、 按照權(quán)利要求l所述的一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法，其 特征在于所述的陽(yáng)離子鉑鹽為二氯四氨合鉑；酸性水溶液為硫酸水溶液、鹽酸水溶液和高氯 酸水溶液的其中之一。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法，其 特征在于具體制備方法的步驟(2) (3):(2)、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 3稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為( 0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在8(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂 粘接的多孔碳電極；(3)、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極 將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.2mol/L的二氯四氨合 鉑水溶液中，在5(TC條件下，浸泡2小吋后取出用超純水清洗干凈；然后，采用三電極體系， 以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極；在0.2mol/L 的硫酸水溶液中，25'C溫度下，-0.8V條件下電還原120s后取出用超純水清洗干凈；重復(fù)上 述步驟2次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
4、 按照權(quán)利要求1所述的一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法，其 特征在于具體制備方法的步驟(2) (3):(2) 、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 9稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%),然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在5(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂 粘接的多孔碳電極；(3) 、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.5mol/L的二氯四氨 合鉑水溶液中，在80'C條件下，浸泡10小時(shí)后取出用超純水清洗干凈；然后，采用三電極 體系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極；在lmol/L 的鹽酸水溶液中，5(TC溫度下，-0.5￥條件下電還原305后取出用超純水清洗干凈；重復(fù)上 述步驟10次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
5、 按照權(quán)利要求1所述的一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法，其 特征在于具體制備方法的步驟(2) (3):(2) 、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 1稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在14(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù) 脂粘接的多孔碳電極；(3) 、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.05mol/L的二氯四氨 合鉑水溶液中，在1(TC條件下，浸泡0.5小時(shí)后取出用超純水清洗干凈；然后，采用三電極 體系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極；在 0. lmol/L的高氯酸水溶液中，l(TC溫度下，-1.0V條件下電還原300s后取出用超純水清洗干 凈；重復(fù)上述步驟5次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
6、按照權(quán)利要求1所述的一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法，其 特征在于具體制備方法的步驟(2) (3):(2)、制備全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極按全氟磺酸樹(shù)脂Vulcan XC-72碳粉的質(zhì)量比為1 : 3稱取全氟磺酸樹(shù)脂(質(zhì)量濃度為 0.5%)，然后分多次涂布在步驟(1)制備的微孔層上，在8(TC條件下烘干制得全氟磺酸樹(shù)脂 粘接的多孔碳電極；(3 )、離子交換/電還原制備質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極將步驟(2)制備的全氟磺酸樹(shù)脂粘接的多孔碳電極浸入到濃度為0.2mol/L的二氯四氨 合鉑水溶液中，在5(TC條件下，浸泡2小時(shí)后取出用超純水清洗干凈；然后，采用三電極體 系，以離子交換后的電極為工作電極，鉑網(wǎng)為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極；在0.2mol/L 的硫酸水溶液中，25'C溫度下，-0.8￥條件下電還原1203后取出用超純水清洗干凈；重復(fù)上 述步驟2次，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池催化電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極的制備方法。本發(fā)明首先構(gòu)筑具有完整電子通道、氣體通道和質(zhì)子通道的氣體多孔電極，然后通過(guò)離子交換法將鉑陽(yáng)離子交換到氣體多孔電極的全氟磺酸樹(shù)脂上，最后通過(guò)電化學(xué)還原的方法，將鉑陽(yáng)離子還原到與全氟磺酸樹(shù)脂接觸的碳載體上，制得高催化劑利用率質(zhì)子交換膜燃料電池電極。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明所制備的高催化劑利用率催化電極具有催化劑利用率高、鉑載量低、鉑納米粒子分散性好且尺寸可控等優(yōu)點(diǎn)，可以替代現(xiàn)有的商業(yè)用鉑碳(Pt/C)催化劑。
文檔編號(hào)H01M4/88GK101626083SQ20091010449
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者花 李, 莉 李, 陳四國(guó), 魏子棟 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)