本發(fā)明涉及燃料電池，具體而言，涉及一種復(fù)合微孔層漿料、氣體擴(kuò)散層、膜電極組件和制備方法、燃料電池。

背景技術(shù)：

1、膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心組件，由質(zhì)子交換膜，陰陽(yáng)極催化層和陰陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層組成。目前質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)一個(gè)急需解決的問(wèn)題就是膜電極組件中的陽(yáng)極催化劑極易受到co的毒化而造成性能的降低，尤其是當(dāng)用烴類重整氣作為質(zhì)子交換膜燃料電池的燃料時(shí)，該問(wèn)題尤其突出。

2、目前最常用的抗co毒化的催化劑即是ptru/c合金催化劑，由于其獨(dú)特的雙功能機(jī)制，可以降低co在pt表面的吸附并完成對(duì)co的氧化去除，從而降低co對(duì)電催化性能的影響。但是，ptru/c二元合金催化劑中ru組分在質(zhì)子交換膜燃料電池的使用工況條件下穩(wěn)定性較差，ru組分易溶出，從而對(duì)質(zhì)子交換膜造成污染，影響質(zhì)子交換膜的穩(wěn)定性與質(zhì)子傳導(dǎo)。

3、目前，如何在提高抗co中毒的同時(shí)提高膜電極的性能仍是亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種復(fù)合微孔層漿料、氣體擴(kuò)散層、膜電極組件和制備方法、燃料電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中陽(yáng)極催化劑極易受到co的毒化的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合微孔層漿料，該復(fù)合微孔層漿料包括：含量為1wt％～50wt％的ptru/c催化劑、含量為1wt％～60wt％的碳材料、含量為3wt％～50wt％的粘結(jié)劑和20wt％～90wt％的溶劑。

3、進(jìn)一步地，碳材料包括碳纖維、碳納米管、介孔碳、科琴黑、石墨烯、氧化石墨和還原氧化石墨烯中的任意一種或者多種；

4、和/或，粘結(jié)劑包括氟化乙丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、全氟磺酸和等酰亞胺酸中的任意一種或者多種；

5、和/或，溶劑包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇、異丁醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇中的任意一種或者多種；

6、和/或，ptru/c催化劑中，pt的含量為20wt％～60wt％，ru的含量為1wt％～20wt％，c的含量為20wt％～80wt％。

7、進(jìn)一步地，包括：含量為5wt％～20wt％的ptru/c催化劑、含量為5wt％～30wt％的碳材料、含量為5wt％～20wt％的粘結(jié)劑和30wt％～80wt％的溶劑。

8、根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面，提供了一種氣體擴(kuò)散層，該氣體擴(kuò)散層包括，基材層和設(shè)置于基材層表面的微孔層，其中，微孔層由上述任一種的復(fù)合微孔層漿料制備得到。

9、進(jìn)一步地，基材層選自碳紙、碳布、無(wú)紡布、泡沫鎳和多孔鈦基材中的任意一種；優(yōu)選的，基材層的厚度為50～200μm，孔隙半徑為10～40μm。

10、進(jìn)一步地，微孔層的厚度為8～15μm，優(yōu)選的，微孔層的空隙半徑為0.05～1μm，優(yōu)選的，微孔層的pt載量為0.01～0.05mg?cm-2。

11、根據(jù)本申請(qǐng)的又一方面，提供了一種膜電極組件，該膜電極組件包括：依次層疊設(shè)置的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陽(yáng)極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層和陰極氣體擴(kuò)散層，其中陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層為上述任一種的氣體擴(kuò)散層。

12、進(jìn)一步地，陽(yáng)極催化層和陰極催化層的催化劑各自獨(dú)立的選自鉑或其氧化物、金或其氧化物、銀或其氧化物、鈀或其氧化物、鈷或其氧化物、鎳或其氧化物、鈦或其氧化物、鈷或其氧化物、銅或其氧化物中的任意一種或者多種，優(yōu)選的，陽(yáng)極催化層和陰極催化層的催化劑的載量為0.1～0.4mg/cm2；

13、和/或，陽(yáng)極催化層和陰極催化層的催化劑載體為碳材料、金屬氧化物、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物中的任意一種或者多種；

14、和/或，陽(yáng)極催化層和陰極催化層含有離子導(dǎo)電粘結(jié)劑，離子導(dǎo)電粘結(jié)劑包括氟化乙丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和全氟磺酸中的任意一種或者多種。

15、根據(jù)本申請(qǐng)的又一方面，提供了一種上述任一種的膜電極組件的制備方法，該制備方法包括：方法1，將上述任一種的復(fù)合微孔層漿料設(shè)置在陽(yáng)極催化層表面形成微孔層，并在微孔層的另一側(cè)設(shè)置氣體擴(kuò)散層的基材；或者，

16、方法2，將上述任一種的復(fù)合微孔層漿料設(shè)置在氣體擴(kuò)散層的基材表面，形成氣體擴(kuò)散層，將氣體擴(kuò)散層設(shè)置在陽(yáng)極催化層表面。

17、進(jìn)一步地，方法1包括：先制備陽(yáng)極催化劑層，在陽(yáng)極催化層表面涂布上述任一種的復(fù)合微孔層漿料形成微孔層，得到陽(yáng)極雙層結(jié)構(gòu)，將陽(yáng)極雙層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極催化劑層的一側(cè)依次與質(zhì)子交換膜和陰極催化層按順序疊置后，進(jìn)行熱壓；優(yōu)選的，熱壓的溫度為40-160℃，壓力為5-20kgf/cm2，時(shí)間為1-60min；

18、和/或，方法2包括：將上述任一種的復(fù)合微孔層漿料涂布在基材層表面，得到預(yù)制氣體擴(kuò)散層，將預(yù)制氣體擴(kuò)散層在惰性氣體氛圍中燒結(jié)，得到氣體擴(kuò)散層；優(yōu)選的，燒結(jié)的溫度為100～500℃，時(shí)間為0.05～10h。

19、根據(jù)本申請(qǐng)的再一方面，提供了一種燃料電池，該燃料電池含有上述任一種的膜電極組件。

20、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，上述復(fù)合微孔層漿料將ptru/c催化劑與碳材料和粘結(jié)劑進(jìn)行復(fù)合，可以在氣體擴(kuò)散層或者催化劑層上進(jìn)行涂布形成的微孔層，該微孔層不僅能夠有效提高催化層的催化能力和傳質(zhì)效率，而且能夠顯著提升了膜電極的抗co的毒化能力。另一方面，上述漿料形成的微孔層，由于ptru/c催化劑存在于微孔層中，不僅能夠去除co，而且避免了ptru催化劑直接與質(zhì)子交換膜的接觸，從而避免了傳統(tǒng)ptru/c催化劑中ru溶出對(duì)質(zhì)子交換膜的影響，提高了膜電極組件的綜合性能。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合微孔層漿料，其特征在于，包括：含量為1wt％～50wt％的ptru/c催化劑、含量為1wt％～60wt％的碳材料、含量為3wt％～50wt％的粘結(jié)劑和20wt％～90wt％的溶劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合微孔層漿料，其特征在于，所述碳材料包括碳纖維、碳納米管、介孔碳、科琴黑、石墨烯、氧化石墨和還原氧化石墨烯中的任意一種或者多種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合微孔層漿料，其特征在于，包括：含量為5wt％～20wt％的ptru/c催化劑、含量為5wt％～30wt％的碳材料、含量為5wt％～20wt％的粘結(jié)劑和30wt％～80wt％的溶劑。

4.一種氣體擴(kuò)散層，包括，基材層和設(shè)置于所述基材層表面的微孔層，其特征在于，所述微孔層由權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的復(fù)合微孔層漿料制備得到。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體擴(kuò)散層，其特征在于，所述基材層選自碳紙、碳布、無(wú)紡布、泡沫鎳和多孔鈦基材中的任意一種；優(yōu)選的，所述基材層的厚度為50～200μm，孔隙半徑為10～40μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體擴(kuò)散層，其特征在于，所述微孔層的厚度為8～15μm，優(yōu)選的，所述微孔層的空隙半徑為0.05～1μm，優(yōu)選的，所述微孔層的pt載量為0.01～0.05mgcm-2。

7.一種膜電極組件，其特征在于，包括：依次層疊設(shè)置的陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陽(yáng)極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層和陰極氣體擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層為權(quán)利要求4至6任一項(xiàng)所述的氣體擴(kuò)散層。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜電極組件，其特征在于，所述陽(yáng)極催化層和所述陰極催化層的催化劑各自獨(dú)立的選自鉑或其氧化物、金或其氧化物、銀或其氧化物、鈀或其氧化物、鈷或其氧化物、鎳或其氧化物、鈦或其氧化物、鈷或其氧化物、銅或其氧化物中的任意一種或者多種，優(yōu)選的，所述陽(yáng)極催化層和所述陰極催化層的催化劑的載量為0.1～0.4mg/cm2；

9.一種如權(quán)利要求7或8所述的膜電極組件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述方法1包括：先制備陽(yáng)極催化劑層，

11.一種燃料電池，其特征在于，含有權(quán)利要求7或8所述的膜電極組件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種復(fù)合微孔層漿料、氣體擴(kuò)散層、膜電極組件和制備方法、燃料電池。該復(fù)合微孔層漿料包括：含量為1wt％～50wt％的PtRu/C催化劑、含量為1wt％～60wt％的碳材料、含量為3wt％～50wt％的粘結(jié)劑和20wt％～90wt％的溶劑。上述復(fù)合微孔層漿料將PtRu/C催化劑與碳材料和粘結(jié)劑進(jìn)行復(fù)合，可以在氣體擴(kuò)散層或者催化劑層上進(jìn)行涂布形成的微孔層，該微孔層不僅能夠有效提高催化層的催化能力和傳質(zhì)效率，而且能夠顯著提升了膜電極的抗CO的毒化能力。而且避免了傳統(tǒng)PtRu/C催化劑中Ru溶出對(duì)質(zhì)子交換膜的影響，提高了膜電極組件的綜合性能。

技術(shù)研發(fā)人員：常周,趙鵬鵑
受保護(hù)的技術(shù)使用者：未勢(shì)能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8