一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法

技术特征：
1.一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用含nh4hf刻蚀剂刻蚀催化剂载体材料，获得表面含有季铵基团的载体材料，得到的产物再经乙醇及去离子水洗涤，抽滤分离得到预处理的材料；步骤2、将步骤1中得到的预处理的材料分散到试剂中，先搅拌，再超声，将得到的产物进行洗涤、抽滤分离、干燥得到具有离子/电子双传输性能的催化剂载体材料，且载体材料表面具有一定量的缺陷；步骤3、将非贵金属催化剂前驱体放入管式炉中，氮气或氩气中进行热解反应，自然冷却至室温得到非贵金属催化剂；步骤4、将阳极催化剂用去离子水润湿，再超声分散在溶剂中，加入步骤2中离子/电子双传输性能的催化剂载体材料，超声分散、剪切得到阳极催化剂浆料；步骤5、将步骤3中获得的非贵金属催化剂和步骤2获得的离子/电子双传输性能的催化剂载体材料进行湿法球磨，再经过抽滤、干燥得到功能化的非贵金属催化剂；步骤6、将步骤5中得到的功能化的非贵金属催化剂用去离子水润湿，再超声分散在溶剂中，然后剪切得到阴极催化剂浆料；步骤7、将碱性阴离子交换膜固定在真空吸附加热台上；步骤8、将阳极催化剂浆料和阴极催化剂浆料涂覆于碱性阴离子交换膜两侧，保持加热台温度使溶剂挥发完全后，自然冷却得到催化剂覆膜电极；步骤9、将步骤8中的催化剂覆膜电极，放入碱液中浸泡，即得所述碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极。2.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，各原料的重量份如下：催化剂载体材料0.1～20份、非贵金属催化剂0.1～60份、碱性阴离子交换膜1～200份、溶剂1～100份、试剂1～80份。3.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述催化剂载体材料为ti3alc2、ti2aln、ti3alcn、v2alc、mo2tialc3、moalb、nb2alc、cr2alc、nb4alc3或mo2ga2c中的一种或多种，所述的含nh4hf刻蚀剂为纯nh4hf或者为nh4hf与nh4cl、nh4hco3、hf、lif、naf、hcl中的一种或多种配制而成。4.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：试剂为氨水、四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三甲胺、二甲基亚砜中的一种或多种；搅拌0.5-72h，超声0.1-4h，洗涤采用乙醇与去离子水。5.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：非贵金属催化剂的活性组分为铁、钴、锰、铜、镍的碳、氮及其衍生物中的一种或两种以上，活性组分在催化剂覆膜电极上的担载量为0.01-10mg/cm2；热解反应时长为0.5-4h，温度为200-1100℃。6.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤4中：阳极催化剂为碳载铂、碳载钌中的一种或多种，或碳载的铂、钌中的一种或多种与金、
银、铁、钴、镍中的一种或多种形成的合金，阳极催化剂中的活性组分在覆膜电极上的担载量为0.01-10mg/cm2；溶剂为去离子水、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇或四氢呋喃中的一种或二种以上；超声分散5-60min，剪切0.5-2h；阳极催化剂浆料中溶剂与固相的质量比为100-1:0.1-10，去离子水和固相的质量比为0.1-20:0.1-20。7.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中：球磨时间为0.5-4h；非贵金属催化剂与离子/电子双传输性能的催化剂载体材料的质量比为100-1:0.1-10。8.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中：超声时间为5-60min，剪切时间为0.5-2h；溶剂为去离子水、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇或四氢呋喃中的一种或二种以上；阴极催化剂浆料中，去离子水和固相的质量比为0.1-20:0.1-20，溶剂与固相的质量比为100-1:0.1-10。9.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中：碱性阴离子交换膜为季铵型阴离子交换膜、季磷型阴离子交换膜、吡啶型阴离子交换膜、咪唑型阴离子交换膜、胍基型阴离子交换膜、硫基型阴离子交换膜、哌啶型阴离子交换膜中的一种；控制加热台温度为40-100℃。10.根据权利要求1所述的一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中：碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，其摩尔浓度为0.1-5mol/l；浸泡温度为15-80℃，浸泡时间为3-72h。

技术总结
本发明公开了一种碱性阴离子交换膜燃料电池用低界面传输阻抗膜电极的制备方法，通过制备离子/电子双传输性催化剂载体负载金属活性颗粒，并利用在电解质膜表面直接喷涂或涂覆的方式制备膜电极，该双传导性催化剂制备的电极侧不再需要添加传输离子的聚合物单体，从而解决了因单体加入而带来的电子和气体传输的问题。相较于传统膜电极的材料选择和制备方法，本发明制备的新型膜电极具有较低的界面传输阻抗及更好的稳定性，能有效提升燃料电池性能。能。能。


技术研发人员：徐晨曦 王岭 张家炜 任文清 方中威
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/8/5