專利名稱：基于納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體、膜電極及其制備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維(3D)質(zhì)子導體，該3D結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體可同時作為質(zhì)子交換膜及催化劑層中具有定向纖維狀排布特征的質(zhì)子導體。該3D結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的特點是在質(zhì)子交換膜的一側(cè)定向生長著質(zhì)子導體納米纖維。該結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體特別適用于作為燃料電池的有序化膜電極。本發(fā)明還涉及該種3D結(jié)構(gòu)的質(zhì)子導體及膜電極的制備方法。
背景技術：
在能源危機日益嚴重的今天，質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange MembraneFuel Cell簡稱PEMFC)作為一種新型的能源裝置以其節(jié)能、無污染、啟動迅速等諸多優(yōu)點備受人們的關注，成為世界各國競相研究的熱點。質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件之一，在PEMFC中起傳導質(zhì)子、隔離燃料和氧化劑、防止電子短路等作用，因此 對PEM性能有諸多要求。其中主要包括優(yōu)良的質(zhì)子傳導性能，以減小電池內(nèi)阻，減小歐姆過電位，提高電池效率；良好的水合與脫水性能，水分子在膜表面有足夠大的擴散速度，防止局部脫水；膜表面與催化層結(jié)合良好；良好的化學和電化學穩(wěn)定性等。目前對質(zhì)子交換膜的研究主要集中在兩個方面一是對現(xiàn)有的全氟磺酸膜進行改性；二是研制新型、低成本、無氟的聚合物質(zhì)子交換膜。如 Kim (Journal of Power Sources, 2004, 135;66-71)等采用共混法制得 Nafion /PVDF 復合膜。Adjemian (Chem Mater, 2006, 18; 2238-2248)等通過在Nafion溶液中參入無機氧化物微粒(Si02、Ti02、A1203、ZrO2)制得復合膜，研究發(fā)現(xiàn)以SiO2和TiO2參雜的復合膜作為電池隔膜時，電池電極在130°C耐CO能力比Nafion膜電池電極強，但無機物的加入對膜的機械性能有負面影響。何榮恒等對磷酸參雜的ab-PBI膜在不同條件下的質(zhì)子電導率進行研究，發(fā)現(xiàn)在一定溫度和濕度下，磷酸的參雜量越高，膜的質(zhì)子電導率越高。但論其綜合性能還是全氟磺酸膜要遠遠優(yōu)于其他膜。武漢理工大學木士春等(ZL 200810046954. O )制備了一種多孔Nafion膜，通過在孔洞中添加催化劑，制得了一種具有反氣體滲透層及增濕功能的質(zhì)子交換膜。近期，清華大學朱靜等(Advanced Materials 2008. 20. 1644-1648)通過不同方法制備了單根的Nafion納米纖維，測試了其質(zhì)子傳導速率，發(fā)現(xiàn)在直徑小于2. 5mm時，隨著直徑的減小，纖維的質(zhì)子傳導速率急劇增加，在298k時最大傳到速率I. 21 μ A/ μ m2，是傳統(tǒng)電池膜的10000倍。研究認為質(zhì)子傳導速率的提高是由于形成納米纖維過程中對磺酸基團和氟的擠壓使其有了規(guī)則的趨向性，更有利于質(zhì)子的傳遞。由于納米導質(zhì)子高聚物纖維具有導質(zhì)子高聚物膜所無法相比的質(zhì)子傳導效率，通過在導質(zhì)子高聚物膜表面生長導質(zhì)子高聚物纖維，構(gòu)建燃料電池3D膜電極，可以極大地增加膜層與催化層之間的接觸面積，加快質(zhì)子傳輸和傳質(zhì)，使三相界面反應所需要的各種反應物種以及反應產(chǎn)物更容易得到擴散，有利于提高催化劑的利用率，而且在不影響質(zhì)子傳導效率條件下大大減少了貴金屬催化劑及導質(zhì)子高聚物的用量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3D質(zhì)子導體及膜電極，還提供該種3D結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體及膜電極的制備方法。如附圖I所示，本發(fā)明的3D結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體表面一側(cè)定向生長著納米纖維陣列，適用于做燃料電池的膜電極。由于納米導質(zhì)子高聚物纖維具有導質(zhì)子高聚物膜所無法相比的質(zhì)子傳導效率，在導質(zhì)子高聚物膜表面生長的導質(zhì)子高聚物纖維，可以在保證質(zhì)子傳導效率的同時極大的增加膜層與催化層之間的接觸面積，并在催化層中增加三相界面的面積和有利于傳質(zhì)，提高催化劑的利用率，大幅減少了貴金屬催化劑及導質(zhì)子高聚物的用量。本發(fā)明的一種具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，成分為導質(zhì)子高聚物，其特證在于它的結(jié)構(gòu)形貌是在膜的一側(cè)定向生長著導質(zhì)子高聚物納米纖維陣列。本發(fā)明所述的質(zhì)子導體材料包括具有磺酸基團的全氟磺酸樹脂(美國DuPont公 司的Nafion樹脂,包括各種長短鏈的Nafion)、部分氟化的BAM3G質(zhì)子交換樹脂(Ballard公司生產(chǎn)的BAM3G)或非氟化的質(zhì)子交換樹脂，非氟化的質(zhì)子交換樹脂是磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亞胺樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂或磺化聚醚醚酮樹脂。本發(fā)明所述的導質(zhì)子高聚物納米纖維直徑小于500納米，長度小于10微米；最佳導質(zhì)子高聚物納米纖維直徑為1(Γ200納米，長度為50納米 2微米。本發(fā)明中作為質(zhì)子導體納米纖維基地的質(zhì)子交換膜厚度通小100微米。本發(fā)明所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體同時作為質(zhì)子交換膜及催化劑層中具有定向纖維狀排布特征的質(zhì)子導體使用。本發(fā)明的一種基于3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的燃料電池膜電極，其3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體為具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，膜電極中的質(zhì)子交換膜及催化劑層中質(zhì)子導體均為具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，而且在納米纖維表面沉積有活性金屬催化劑顆?；蚧钚越饘俅呋瘎┘{米薄膜層。本發(fā)明所述的活性金屬催化劑為貴金屬單質(zhì)或貴金屬合金，所述貴金屬合金為MxNy 或 MxNyOz,其中 Μ、N、O 分別為 Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga及Mo中的任一金屬兀素，Μ、Ν、0三者互不相同,但至少有一種為貴金屬鉬，x、y和z為催化劑中各金屬質(zhì)量比，其數(shù)值分別為大于O至100,且x+y=100或x+y+z=100,所述的貴金屬單質(zhì)為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir和Os中的任意一種。本發(fā)明所使用的催化劑可以是擔載的活性金屬催化劑顆粒，載體是碳載體、陶瓷載體等。本發(fā)明所述的碳載體為納米碳黑、納米石墨球、納米碳纖維、納米碳管或介孔碳微球，所述的納米碳黑和納米石墨球，其顆粒的粒徑為1(Γ100納米，所述的納米碳纖維和納米碳管，其直徑為2 200納米，長度為10(Γ10000納米，所述的介孔碳微球的孔徑大小為2 50納米。本發(fā)明所述的納米碳管是單壁碳納米管或多壁碳納米管。本發(fā)明所述的陶瓷載體是 Si02、TiSi2, TiB2, TiN, TiC、TiO2, SiC、PbTi03、Ti3SiC' BaPbO3' LaCrO3, TiC/Si3N4 或 TiAl/TiB2,其粒徑為 10 200 納米。本發(fā)明的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體的制備方法，采用模板法制備所述的3維質(zhì)子導體，其中模板為硬模板，主要是氧化鋁模板、二氧化硅模板、高分子模板，其制備步驟如下
1)將洗凈、烘干的一端封孔的模板使孔道向上放入培養(yǎng)皿，將培養(yǎng)皿放入真空烘箱，烘箱溫度定在3(T80°C，抽真空度到O. I大氣壓；待烘箱內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，在真空環(huán)境下，加入導質(zhì)子高聚物溶液；靜置待溶液充分浸入模板孔道后，調(diào)至標準大氣壓；在3(T8(TC和標準大氣壓的氣氛下烘干后，將烘箱溫度上調(diào)至9(T240°C恒溫使之玻璃化；然后自然冷卻，一起取出模板和3 維質(zhì)子導體膜坯樣，放入到腐蝕液中腐蝕到模板從膜上自然脫落；
2)去離子水清洗干凈步驟I)中制備的坯樣，再放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中，纖維膜面向上浸沒在去離子水中，用凍干機凍干，即得到單側(cè)表面具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體。采用凍干法的作用在于，在真空冷凍的條件下蒸干水分，使納米纖維充分分散，從而避免了納米晶須的相互糾纏和團聚；
本發(fā)明的基于3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的燃料電池膜電極的制備方法，其制備步驟如下
1)將活性金屬催化劑、質(zhì)子交換樹脂、溶劑混合均勻制備成含Pt膠體溶液，其膠體溶液的各種成分的質(zhì)量份數(shù)關系為催化劑質(zhì)子交換樹脂溶劑=10 :2飛5(Γ1000，其中所述的溶劑為水、I-甲氧基2-丙醇、乙醚、石油醚、乙酸乙酯、丙酮、醇或醇水溶液，醇為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一種，醇水溶液中水與醇的質(zhì)量比為I 100 ；
2)將步驟I)制備的部分膠體溶液涂敷在質(zhì)子導體膜具有納米纖維陣列的一側(cè)；
3)稱取催化劑載體，用醇水充分分散后加入到其余含Pt膠體溶液中，繼續(xù)攪拌3飛小時制得復合催化劑；其中Pt在復合催化劑中的質(zhì)量分數(shù)209Γ70%。4)采用聚四氟乙烯疏水處理的碳紙作為氣體擴散層，將碳紙浸入到聚四氟乙烯疏水劑中，時間為5 10分鐘，并在34(T350°C下煅燒2(Γ30分鐘，其中聚四氟乙烯疏水劑的固含量20 wt9T30wt% ;之后，再在其一側(cè)涂敷一層由聚四氟乙烯和導電碳黑微粒組成的微孔復合材料，構(gòu)成微孔層，其中聚四氟乙烯的固含量為20 wt9T30wt% ;經(jīng)34(T350°C下煅燒20^30分鐘后成型，得到預處理的氣體擴散層；
5)將步驟3)制備的復合催化劑涂敷于步驟4)制備的氣體擴散層表面，并在8(TlO(rC下真空干燥，制得氣體擴散層電極；
或者將步驟3)制備的復合催化劑涂敷在納米纖維陣列結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體纖維陣列的對面一側(cè)制得的燃料電池芯片；
6)將步驟4)制備的氣體擴散層貼于步驟2)制備的納米纖維陣列結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體有纖維陣列的對面一側(cè)，將步驟5)制備的氣體擴散層電極貼于其對面，一起熱壓或冷接觸，獲得高性能燃料電池膜電極，熱壓的壓力為l 4MPa，溫度9(Tl20°C，時間6(Tl20秒?；蛘邔⒉襟E5)制備的燃料電池芯片與兩片步驟4)制備的氣體擴散層進行熱壓或冷接觸，獲得高性能燃料電池膜電極，熱壓的壓力l 4MPa，溫度9(Tl20°C，時間6(Tl20秒。將制備的膜電極組裝成單電池，進行電性能測試過程如下
單電池組裝及測試將膜電極、集流板、端板及密封材料組裝成單電池。單電池操作條件為
(I)直接氫燃料電池(PEMFC) =H2/空氣，空氣背壓為O ;陽極增濕，增濕度為(Γ100% ;單電池工作溫度為6(Tl00°C，增濕溫度為6(Tl00°C ；
(2 )直接甲醇燃料電池(DMFC):陽極甲醇濃度為2摩爾，流量為5毫升/分鐘，陰極為空氣，背壓為O。與現(xiàn)有的背景技術相比，本發(fā)明的膜電極具有以下的優(yōu)點
I、由于納米導質(zhì)子高聚物纖維具有導質(zhì)子高聚物膜所無法相比的質(zhì)子傳導效率，可以減少導質(zhì)子高聚物的用量。2、表面生長導質(zhì)子高聚物纖維，可以極大的增加膜層與催化層之間的接觸面積，增加三相反應界面和傳質(zhì)能力，以提高催化劑的利用率，從而大幅減 少催化劑的用量。


圖I具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體正面照片2模板法制備3維質(zhì)子導體工藝示意圖
圖中a_模板，b-加入導質(zhì)子高聚物后靜置，C-烘干成膜_，d-去掉模板。
具體實施例方式下面通過實施例詳述本發(fā)明。下述實施例中預處理的氣體擴散層是按上述膜電極制備方法中步驟4)制備的。實施例I
用乙醇將孔徑為70nm厚度5微米的氧化鋁模板清洗干凈、烘干后孔道向上放入直徑5cm的培養(yǎng)皿，將培養(yǎng)皿放入真空烘箱。烘箱溫度定在50°C，抽真空到O. I個大氣壓。待烘箱內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，在真空環(huán)境下，加入20暈升質(zhì)量濃度5%的Nafion溶液。靜置5分鐘。待溶液充分浸入模板孔道，調(diào)至標準大氣壓。在50°C標準大氣壓的氣氛下烘36小時。烘干后，將烘箱溫度上調(diào)至120°C恒溫20分鐘使之玻璃化。自然冷卻，一起取出模板和交換膜，放入質(zhì)量濃度5%的磷酸溶液中，腐蝕掉氧化鋁模板。用去離子水清洗干凈，再放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中，纖維膜面向上浸沒在去離子水中，采用普適凍干機凍干即得到單側(cè)表面有納米纖維陣列的3D結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體；
取2毫升質(zhì)量濃度5%的Nafion溶液加入到IOOml醇水混合物(乙醇與水質(zhì)量比
O.5:1)中，攪拌10分鐘后，加入含鉬32毫克的H2PtCl6溶液繼續(xù)攪拌，用NaOH調(diào)溶液的PH=8, 90°C加熱回流，溶液由淺黃色逐漸變黑，并最終變成深黑色，制得穩(wěn)定的含Pt膠體溶液，取部分含Pt膠體溶液涂敷在上述質(zhì)子導體具有納米纖維陣列的一側(cè)。然后稱取80毫克的載體導電碳黑XC-72，用20ml醇水(乙醇與水的比例I :1)充分分散后加入到剩余含Pt膠體溶液中，繼續(xù)攪拌4小時制得碳載鉬(Pt/C)催化劑。將催化劑敷于預處理的氣體擴散層表面，并在90°C下真空干燥，制得氣體擴散層電極。將氣體擴散層貼于3D結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體具有納米纖維陣列的一面，氣體擴散層電極貼于其背面，一起熱壓，獲得高性能燃料電池膜電極。陽極催化層中的Pt載量為O. 15毫克/厘米2 ;有納米纖維陣列的一側(cè)做陰極，其催化層中的Pt載量為O. 15毫克/厘米2。熱壓的壓力為3MPa，溫度110°C，時間70秒。將制備的膜電極組裝成單電池。單電池操作條件為=H2/空氣，空氣背壓為O ;陰極和陽極100%增濕；單電池工作溫度為75°C，增濕溫度為75°C。測試結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，成分為導質(zhì)子高聚物，其特證在于它的結(jié)構(gòu)形貌是在膜的一側(cè)定向生長著導質(zhì)子高聚物納米纖維陣列。
2.如權(quán)利要求I所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，其特征在于所述的質(zhì)子導體材料包括具有磺酸基團的全氟磺酸樹脂、部分氟化的BAM3G質(zhì)子交換樹脂或非氟化的質(zhì)子交換樹脂，非氟化的質(zhì)子交換樹脂是磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亞胺樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂或磺化聚醚醚酮樹脂。
3.如權(quán)利要求I所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，其特征在于所述的導質(zhì)子高聚物納米纖維直徑小于500納米，長度小于10微米。
4.如權(quán)利要求I所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，其特征在于所述的導質(zhì)子高聚物納米纖維直徑為1(Γ200納米，長度為50納米 2微米。
5.如權(quán)利要求I所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，其特征在于作為質(zhì)子導體納米纖維基地的質(zhì)子交換膜厚度小于100微米。
6.如權(quán)利要求1-5所述的任一項具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體的應用，其特征是，該質(zhì)子導體同時作為質(zhì)子交換膜及催化劑層中具有定向纖維狀排布特征的質(zhì)子導體使用。
7.一種基于3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的燃料電池膜電極，其特征在于所述的3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體為權(quán)利要求I所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，膜電極中的質(zhì)子交換膜及催化劑層中質(zhì)子導體均為具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體，而且在納米纖維表面沉積有活性金屬催化劑顆?；蚧钚越饘俅呋瘎┘{米薄膜層。
8.如權(quán)利要求7所述的基于3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的燃料電池膜電極，其特征在于所述的活性金屬催化劑為貴金屬單質(zhì)或貴金屬合金，所述貴金屬合金為MxNy或MxNyOz,其中Μ、Ν、O 分別為 Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga 及 Mo 中的任一金屬元素，Μ、Ν、0三者互不相同，但至少有一種為貴金屬鉬，x、y和ζ為催化劑中各金屬質(zhì)量比，其數(shù)值分別為大于O至100,且x+y=100或x+y+z=100,所述的貴金屬單質(zhì)為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir和Os中的任意一種。
9.如權(quán)利要求I所述的具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體的制備方法，其特征在于采用模板法制備所述的3維質(zhì)子導體，其中模板為硬模板，主要是氧化鋁模板、二氧化硅模板、高分子模板，其制備步驟如下 1)將洗凈、烘干的一端封孔的模板使孔道向上放入培養(yǎng)皿，將培養(yǎng)皿放入真空烘箱，烘箱溫度定在3(T80°C，抽真空度到O. I大氣壓；待烘箱內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，在真空環(huán)境下，加入導質(zhì)子高聚物溶液；靜置待溶液充分浸入模板孔道后，調(diào)至標準大氣壓；在3(T8(TC和標準大氣壓下烘干后，將烘箱溫度上調(diào)至9(T240°C恒溫使之玻璃化；然后自然冷卻，一起取出模板和3維質(zhì)子導體膜坯樣，放入到腐蝕液中腐蝕到模板從膜上自然脫落； 2)去離子水清洗干凈步驟I)中制備的坯樣，再放入裝有去離子水的培養(yǎng)皿中，纖維膜面向上浸沒在去離子水中，用凍干機凍干，即得到單側(cè)表面具有納米纖維陣列結(jié)構(gòu)的3維質(zhì)子導體。
10.如權(quán)利要求7所述的基于3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于制備步驟如下 I)將活性金屬催化劑、質(zhì)子交換樹脂、溶劑混合均勻制備成含Pt膠體溶液，其膠體溶液的各種成分的質(zhì)量份數(shù)關系為催化劑質(zhì)子交換樹脂溶劑=10 :2飛5(Γ1000，其中所述的溶劑為水、I-甲氧基2-丙醇、乙醚、石油醚、乙酸乙酯、丙酮、醇或醇水溶液，醇為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇中的任一種，醇水溶液中水與醇的質(zhì)量比為I 100 ； 2)將步驟I)制備的部分膠體溶液涂敷在質(zhì)子導體膜具有納米纖維陣列的一側(cè)； 3)稱取催化劑載體，用醇水充分分散后加入到其余含Pt膠體溶液中，繼續(xù)攪拌3飛小時制得復合催化劑； 4)采用聚四氟乙烯疏水處理的碳紙作為氣體擴散層，將碳紙浸入到聚四氟乙烯疏水劑中，時間為5 10分鐘，并在34(T350°C下煅燒2(Γ30分鐘，其中聚四氟乙烯疏水劑的固含量·20 wt9T30wt% ;之后，再在其一側(cè)涂敷一層由聚四氟乙烯和導電碳黑微粒組成的微孔復合材料，構(gòu)成微孔層，其中聚四氟乙烯的固含量為20 wt9T30wt% ;經(jīng)34(T350°C下煅燒20 30分鐘后成型，得到預處理的氣體擴散層； 5)將步驟3)制備的復合催化劑涂敷于步驟4)制備的氣體擴散層表面，并在8(TlO(rC下真空干燥，制得氣體擴散層電極； 6)將步驟4)制備的氣體擴散層貼于步驟2)制備的納米纖維陣列結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體有纖維陣列的對面一側(cè)，將步驟5)制備的氣體擴散層電極貼于其對面，一起熱壓或冷接觸，獲得高性能燃料電池膜電極，熱壓的壓力為l 4MPa，溫度9(Tl20°C，時間6(Tl20秒。
11.如權(quán)利要求10所述的基于3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體的燃料電池膜電極的制備方法，其特征在于其步驟5)是將步驟3)制備的復合催化劑涂敷在納米纖維陣列結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體纖維陣列的對面一側(cè)制得的燃料電池芯片；步驟6)將步驟5)制備的燃料電池芯片與兩片步驟·4)制備的氣體擴散層進行熱壓或冷接觸，獲得燃料電池膜電極，熱壓的壓力f4MPa，溫度·90 120°C，時間60 120秒。
全文摘要
該3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體是在質(zhì)子交換膜的一側(cè)表面定向生長著質(zhì)子導體納米纖維。該3維結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體可同時作為質(zhì)子交換膜及催化劑層中具有定向纖維狀排布特征的質(zhì)子導體。該結(jié)構(gòu)質(zhì)子導體特別適用于作為燃料電池的有序化膜電極。由于納米導質(zhì)子高聚物纖維具有導質(zhì)子高聚物膜所無法相比的質(zhì)子傳導效率，通過在導質(zhì)子高聚物膜表面生長導質(zhì)子高聚物纖維，構(gòu)建燃料電池3D膜電極，極大地增加了膜層與催化層的接觸面積，加快質(zhì)子傳輸和傳質(zhì)，使三相界面反應所需要的各種粒子以及反應的產(chǎn)物更容易擴散，利于提高催化劑的利用率；并能在不影響質(zhì)子傳導效率條件下減少貴金屬催化劑及導質(zhì)子高聚物的用量。
文檔編號H01M8/02GK102723509SQ20121019792
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者木士春, 袁慶 申請人:武漢理工大學