专利名称：一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。
背景技术：
氢是自然界中普遍存在的一种元素，是可再生清洁能源。科学家们认为，氢能在21世纪将弥补并逐渐取代日益枯竭的煤炭、石油等化石能源，成为世界能源格局重要的组成部分。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)是将氢能转换为电能的重要方式，其能量转换效率高达50％以上，且工作温度低、噪音低，唯一排放的是纯净的水，可以广泛应用于交通工具动力来源和固定电站电源。因此，人们普遍认为，燃料电池是21世纪首选的洁净、高效发电技术(衣宝廉，燃料电池——原理、技术、应用，化学工业出版社，2003；Handbook of Fuel Cells，Wiely，V3，2003)。近年来，经过各国科学家与相关产业人员的努力，燃料电池关键材料与系统集成技术获得了飞速发展，配套产业也日趋成熟。然而，燃料电池的产业使用虽然在电池本身的技术储备已经基本完成，但是要真正走向产业化，还必须在以下几个方面取得更大的进步。这些技术包括提高燃料电池的环境适应性、进一步降低稀缺资源Pt的使用量和进一步降低电池系统的复杂性。
燃料电池的环境适应性是燃料电池走向产业应用的一个非常重要的条件，大量研究表明，燃料电池在CO和硫化物环境下会发生中毒行为，主要表现为这些物质在催化剂上吸附后难以解离或者脱附(J.Appl.Electrochem.2004，34，563)。这对于燃料电池，特别是应用在电动汽车上的燃料电池来说是一个很大的挑战。即使对于普通应用的燃料电池，由于CO等物质不仅会通过外部环境进入，燃料电池运行过程中碳材料的腐蚀也会导致CO的产生，因此解决这一问题仍然是产业应用的先决条件之一。对于中国来说，解决燃料电池的环境适应性问题显得更为重要。改革开放以来，中国的制造业得到了空前的发展，这些发展提高了中国人的国民生活水平、极大地提升了中国的国力。然而，制造产业特别是重工业的发展也带来了环境的破坏。资料表明，在2004年我国监测的城市中，城市空气质量劣于三级，占20.2％，空气质量为三级的城市占41.2％，仅仅有38.6％的城市达到国家环境空气质量二级标准(来源2004年中国环境状况公报)。据世界资源研究所和中国环境监测总站测算，全球十大污染最严重的城市中，我国就占了7个。这样的现状虽然在持续改进，但是显而易见的是，在不久的将来这种情况仍然会继续。因此，从技术本身的角度解决燃料电池的环境适应性问题是十分重要和迫切的。
目前，质子交换膜燃料电池产业化的另一个技术障碍来源于复杂的水热管理系统。虽然燃料电池具有高达60％的能量转化效率，但是，燃料化学能的其它40％会在电化学反应过程中由于过电位和欧姆极化转换成热能。由于当前水平的质子交换膜燃料电池一般工作温度小于80℃，与室温比较接近，热量从电化学反应区域扩散到环境十分困难。要实现对温度的良好控制，燃料电池一般会附加复杂的冷却和热管理系统。系统的复杂性不但降低了燃料电池的可靠性，也降低了燃料电池的重量功率密度和体积功率密度。此外，更为重要的是，水热管理系统在电池运行中会消耗电池系统10～20％的功率，大大降低了电池系统的性能并削减了燃料电池相对与其它能量转换系统的竞争能力(Fuel Cell Systems Explained，Wiley，2003)。
对于稀缺资源Pt的使用量来说，近十几年来，若干技术的进步使燃料电池贵金属催化剂的使用效率大大提高。早期使用纳米Pt黑为催化剂，一般催化剂的载量达到4mg/cm2以上才能获得相对比较满意的输出性能。随后，多孔分散碳载体的采用和膜电极结构的立体化大大提高了催化剂的使用效率，使催化剂的用量达到1mg/cm2以下(Prog.Chem.，2004，16，804)。然而，根据科学家估计，即使只将现在每年销售的汽车发动机改装成燃料电池发动机，现有的Pt资源在最先进的0.2～0.4mg/cm2的使用量下仍不能满足要求。因此，Pt催化剂的使用效率还需要进一步提高。但是，现在Pt催化剂在提高表面积和分散度方面已经达到极限，要进一步提高Pt的催化效率，只有两个可能的办法，其一是采用非Pt催化剂或者基于Pt的复合催化剂，其二是提高电化学反应温度。对于前者来说，这些催化剂在常温下要么催化速度很慢，要么很难提高单位Pt的电化学催化总量，因此，在常温下还是很难实现Pt用量进一步的降低的。
针对目前燃料电池中存在的催化剂中毒、水热管理复杂和催化剂效率不够高的问题，目前全世界大量的科学家都在积极寻求对策。但是一般认为，提高燃料电池的工作温度是解决这些难题的有效措施。特别是对于催化剂中毒，研究表明，Pt催化剂的CO承受能力随温度呈指数性上升，在80℃时，10～20ppm的CO会造成Pt催化剂的明显中毒和性能的下降，在120℃时，Pt对CO的耐受性会提高到1000ppm左右，当温度提高到200℃后，Pt在30,000ppmCO条件下仍然能正常工作，因此基本不会产生CO中毒现象(J.Electrochem.Soc.2003，150，A1599)。提高工作温度同时会降低电池对热管理系统的要求，当电池工作温度提高到120℃，电池内部与环境的温度梯度会从现在的40℃～60℃提高到100℃左右，电池的热交换效率会迅速提高几倍，外部热管理系统会迅速简化。对与Pt催化效率来说，由于温度的提高，反应物在催化剂表面的吸附、解离和脱附大大加快，Pt催化剂的使用量将有望在目前基础上大大下降。
鉴于高温燃料电池技术在提升燃料电池环境适应性和性能方面的这些独特优势，目前，关于高温燃料电池的研究正在迅速成为热点，其中重要的方向之一就是高温膜电极制备技术。
关于传统的直接采用质子传导树脂粘结催化层，从而制备膜电极的专利很多。如美国专利US4896115、US5186877，中国专利ZL98108618.7，日本专利P2002075382，都是直接采用采用质子传导树脂与催化剂调制浆料，然后将浆料转移到扩散层上，与质子交换膜热压得到五合一的膜电极。在高温下如80℃以上，或者不完全增湿时，由于催化层失水严重，催化层中质子传导树脂的质子传导能力会迅速下降，导致电池性能下降。
另外一些膜电极，如中国专利200410013147.0，采用直接加入无机氧化物纳米粒子的方法制备保水催化层。但质子传导材料仍然为聚合物，很难在100℃以上工作，更难高于200℃。
此外，US 20060280982利用带有璜酸基团的聚芳基化合物及含氮杂环芳基聚合物制备的高电导，耐高温的质子交换膜制作了膜电极组件，但由于是聚合物质子交换膜，燃料电池运行温度在100℃以下，否则同样存在膜失水，引起膜电导率严重下降的问题。
从膜电极构造和制备工艺上的探索专利也较多，US 20070048594提供一种用于燃料电池的膜电极组件，其通过靠近电极催化剂层安装集电体，消除了扩散层和支撑层应该是导电的这一限制。所述膜电极组件通过靠近电极催化剂层安装集电体，可以包括不导电的扩散层和支撑层。选择亲水、含水的扩散层和支撑层材料，可以提高燃料电池性能。中国专利200610121579.2也报道了类似的燃料电池的膜电极组件。但由于这些膜电极中都采用聚合物为质子传导材料仍然为，工作温度不能突破200℃。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，该方法制备的膜电极工作温度高(可高于200℃)。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).无机质子交换膜的制备a)首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液先将杂多酸加入到水和乙醇的重量比为1∶3～1∶10的混合溶剂中，其中杂多酸与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶16～300，搅拌15～30分钟，然后按照无机氧化物前驱体与杂多酸重量比10∶1～2∶1加入无机氧化物前驱体，继续搅拌15～30分钟，形成杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；b)表面活性剂溶液的制备按照无机氧化物前驱体与表面活性剂重量比3∶1～1∶1将表面活性剂加入到水与乙醇的重量比为1∶3～1∶10混合溶剂中，表面活性剂与水与乙醇混合溶剂的重量比为1∶30～64，搅拌15～30分钟，制成表面活性剂溶液；c)无机质子传导粉末前驱体制备将步骤b)制备的表面活性剂溶液缓慢加入至步骤a)制备的杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，室温下搅拌1～2小时，制得无机质子传导粉末前驱体；d)无机质子交换膜制备将步骤c)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，在干燥箱中35℃～45℃下热处理7～10天，然后在温度350℃～400℃下高温煅烧1～2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末，加入与无机质子传导粉末重量比为1∶10～3∶10的热塑性树脂粘结剂热压制备成无机质子交换膜；2)无机质子交换膜——催化层组件的制备将催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料混合均匀得混合物，在混合物中，催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料所占重量百分比为催化剂10～50％、无机质子传导粉末10～40％、电子传导材料10～30％、热塑性树脂粘结剂10～20％；该混合物涂抹在无机质子交换膜的中间位置，厚度为5～30微米(催化层)，无机质子交换膜的四周预留出1～10毫米用于密封；然后，N2气保护下200℃热处理3～10分钟；3)无机质子交换膜——催化层组件的密封采用气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料作为密封材料用于密封，在制备过程中，将密封材料直接涂抹于无机质子交换膜四周预留的位置，厚度大于催化层2～5微米；4)无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备在密封好的无机质子交换膜——催化层上直接覆盖气体扩散层即得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。
所述的杂多酸是中心原子为P、Si或S，配位原子为W、Mo和V中的至少一种元素。
所述的无机氧化物为SiO2或TiO2，选用SiO2时，则无机氧化物前驱体为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、正硅酸乙酯任意一种；选用TiO2时，则无机氧化物前驱体为钛酸乙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯中的任意一种。
所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，或为非离子表面活性剂F108、F127(聚氧乙烯/聚氧丙烯聚合)，P123、P56(聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段聚合物)中的任意一种。
所述的热塑性树脂粘结剂为聚醚砜(PES)、聚苯醚酮(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的任何一种。其粘流温度高于200℃。
所述的催化剂的选择，包括Pt催化剂或者非Pt催化剂，为Pt黑，Pt/X(X作为催化剂载体，为碳黑、碳纳米管或者纳米碳纤维中的任何一种)，尖晶石型或钙钛矿型氧化物(ABO3，A＝Sr、Ce、Pb、La，B＝Co、Pd、Ru、Pt)，热解金属酞菁化合物MxPc或者金属氮氧化学物MOxNy(M＝Fe，Co，Ni，Cu，Mn)，合金催化剂Pd-Ti、Pd-Co-Au、Pd-Co-Mo，它们中的任何一种。
所述的电子传导材料为碳黑、石墨、纳米碳纤维或碳纳米管。
所述的气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料为聚四氟乙烯膜、硅橡胶、改性有机硅树脂漆W61-55、600#有机硅耐高温漆、800#有机硅耐高温漆中的任何一种。
所述的扩散层为碳纸、碳纤维毡或者碳布。
本发明采用介孔材料固定的杂多酸作为质子传导材料，采用玻璃化温度高于200℃的热塑性高分子作为粘结材料，使质子交换膜具有200℃以上工作的能力；催化层采用杂多酸为质子传导材料，碳、非Pt金属、或者工作温度高于200℃的导电聚合物作为电子材料。因此，这种膜电极的工作温度可以高于200℃，同时可以选择非Pt材料作为催化剂，不会有CO的中毒行为，很好地解决了当前质子膜燃料电池存在的问题。
与现有技术相比，由于本发明所提供的无机质子交换膜燃料电池膜电极工作温度高于200℃，因此具有如下优点(1)电池温度为200℃以上，电池与环境温差提高了140℃以上(现有电池一般工作温度为60℃)。因此，采用本发明提供的膜电极组装电池系统，其散热效率非常高，基本可以省掉水冷系统。而当前燃料电池的水冷系统一般要占到电池系统成本的10％以上，而且会消耗10～20％的系统功率。
(2)在200℃以上工作时，如果采用Pt催化剂，其对CO的耐受能力会提高到30,000ppm以上，不会存在催化剂中毒现象。
(3)在200℃以上工作时，由于催化反应的动力学速度加快，很多非Pt催化剂能用于质子交换膜燃料电池。
图1是本发明的工艺流程中1-无机质子交换膜，2-无机质子交换膜——催化层组件，3-有密封边的无机质子交换膜——催化层组件，4-无机质子交换膜燃料电池膜电极。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1如图1所示，1.无机质子交换膜的制备，按照以下步骤进行1)称取20.8克HPW(磷钨酸)和41.6克正硅酸乙酯，溶于50克水和500克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌15分钟，得到磷钨酸与正硅酸乙酯的混合溶液。
2)称取14克表面活性剂P123，溶于50克水和500克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌15分钟，得到表面活性剂P123溶液。
3)将步骤2)制得的表面活性剂P123溶液缓慢加入至步骤1)制备的到磷钨酸与正硅酸乙酯混合溶液中，室温下搅拌1小时，制得无机质子传导粉末前驱体。
4)将步骤3)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，放置真空炉中，在温度45℃下热处理10天，然后在400℃高温下煅烧2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末20克，加入6克聚醚砜(PES)粘结剂热压制成无机质子交换膜。
2.无机质子交换膜——催化层组件的制备称取3克Pt/C催化剂(Johnson Matthey公司生产，催化活性颗粒Pt的平均粒径为3nm，Pt载量为40wt％)、1g无机质子传导粉末、2.3克碳黑、1克聚醚砜(PES)，均匀混合，用匀浆机3000转/分搅拌1小时，涂抹在1-4)制备的无机质子交换膜的中间位置，厚度为15微米，膜的四周预留出5毫米用于密封。然后，N2气保护下200℃热处理10分钟，得到无机质子交换膜——催化层组件。
3.无机质子交换膜——催化层组件的密封采用改性有机硅树脂漆W61-55，将改性有机硅树脂漆W61-55涂抹于1-4)制备的无机质子交换膜四周预留的5毫米位置，厚度18微米，300℃、1.3Mpa热压2分钟。
4.无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备在步骤3制备的有密封边的无机质子交换膜——催化层上直接覆盖碳纸得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。膜电极在240℃，25RH％的输出性能为0.51V@600mA cm-2。
实施例21.无机质子交换膜的制备，过程按照以下步骤进行
1)称取4克HPMo(磷钼酸)和8克四乙氧基硅烷，溶于50克水和150克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌20分钟，得到磷钼酸与四乙氧基硅烷的混合溶液。
2)称取4克表面活性剂PMAA，溶于50克水和150克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌20分钟，得到表面活性剂PMAA溶液。
3)将步骤2)制得的表面活性剂PMAA溶液缓慢加入至步骤1)制备的磷钼酸与四乙氧基硅烷混合溶液中，室温下搅拌1小时，制得无机质子传导粉末前驱体。
4)将步骤3)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，放置真空炉中，在温度35℃下热处理10天，然后在350℃高温下煅烧2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末10克，加入1克聚苯醚酮(PES)粘结剂热压制成无机质子交换膜。
2.无机质子交换膜——催化层组件的制备称取4克PdCoO3、1克无机质子传导粉末、2克石墨、1克聚苯醚酮(PES)，均匀混合，用匀浆机3000转/分搅拌1.5小时，涂抹在步骤1-4)制备的无机质子交换膜的中间位置，厚度为22微米，膜的四周预留出4.5毫米用于密封。然后，N2气保护下200℃热处理10分钟，得到无机质子交换膜——催化层组件。
3.无机质子交换膜——催化层组件的密封采用硅橡胶为密封材料，将硅橡胶直接涂抹于1-4)制备的无机质子交换膜四周预留的4.5毫米位置，厚度25微米。
4.无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备在步骤3制备的有密封边的无机质子交换膜——催化层上直接覆盖碳纸得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。膜电极在320℃，10RH％的输出性能为0.32V@600mA cm-2。
实施例31.无机质子交换膜的制备，过程按照以下步骤进行1)称取1克HSiW(硅钨酸)和10克钛酸乙酯，溶于50克水和250克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌30分钟，得到硅钨酸与钛酸乙酯混合溶液。
2)称取10克表面活性剂PEG，溶于50克水和250克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌30分钟，得到表面活性剂PEG溶液。
3)将步骤2)制得的表面活性剂PEG溶液缓慢加入至步骤1)制备的硅钨酸与钛酸乙酯混合溶液中，室温下搅拌2小时，制得无机质子传导粉末前驱体。
4)将步骤3)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，放置真空炉中，在温度35℃下热处理7天，然后在400℃高温下煅烧2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末2克，加入0.2克的聚苯硫醚(PPS)粘结剂热压制成无机质子交换膜。
2.无机质子交换膜——催化层组件的制备称取4克Pd-Co-Mo、1克无机质子传导粉末、2克碳纳米管、1克聚苯硫醚(PPS)，均匀混合，用匀浆机3000转/分搅拌1.5小时，涂抹在步骤1-4)制备的无机质子交换膜的中间位置，厚度为25微米，膜的四周预留出5毫米用于密封。然后，N2气保护下200℃热处理10分钟，得到无机质子交换膜——催化层组件。
3.无机质子交换膜——催化层组件的密封采用600#有机硅耐高温漆为密封材料，将600#有机硅耐高温漆直接涂抹于1-4)制备的无机质子交换膜四周预留的5毫米位置，厚度28微米。
4.无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备在步骤3制备的有密封边的无机质子交换膜——催化层上直接覆盖碳纤维毡得到无机质子交换膜燃料电池膜电极，膜电极在280℃，15RH％的输出性能为0.43V@600mA cm-2。
实施例41.无机质子交换膜的制备，按照以下步骤进行1)称取20.8克HPW(磷钨酸)和41.6克四甲氧基硅烷，溶于50克水和500克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌15分钟，得到磷钨酸与四甲氧基硅烷混合溶液。
2)称取14克阳离子表面活性剂CTAB，溶于50克水和500克乙醇组成的混合溶剂中，电磁搅拌15分钟，得到阳离子表面活性剂CTAB溶液。
3)将步骤2)制得的阳离子表面活性剂CTAB溶液缓慢加入至步骤1)制备的到磷钨酸与四甲氧基硅烷混合溶液中，室温下搅拌1小时，制得无机质子传导粉末前驱体。
4)将步骤3)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，放置真空炉中，在温度45℃下热处理10天，然后在400℃高温下煅烧2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末20克，加入6克聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂热压制成无机质子交换膜。
2.无机质子交换膜——催化层组件的制备称取3克Pt/C催化剂(Johnson Matthey公司生产，催化活性颗粒Pt的平均粒径为3nm，Pt载量为40wt％)、1克无机质子传导粉末、2.3克纳米碳纤维、1克聚偏氟乙烯(PVDF)，均匀混合，用匀浆机3000转/分搅拌1小时，涂抹在1-4)制备的无机质子交换膜的中间位置，厚度为15微米，膜的四周预留出5毫米用于密封。然后，N2气保护下200℃热处理10分钟，得到无机质子交换膜——催化层组件。
3.无机质子交换膜——催化层组件的密封采用600#有机硅耐高温漆，将600#有机硅耐高温漆涂抹于1-4)制备的无机质子交换膜四周预留的5毫米位置，厚度18微米，300℃、1.3Mpa热压2分钟。
4.无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备在步骤3制备的有密封边的无机质子交换膜——催化层上直接覆盖碳布得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。膜电极在240℃，25RH％的输出性能为0.51V@600mA cm-2。
本发明制备过程中各原料配比的上限、下限值以及区间值都能实现本发明，以及杂多酸、无机氧化物前驱体、表面活性剂、热塑性树脂粘结剂、催化剂、电子传导材料、密封材料各自的具体原料都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
权利要求
1.一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).无机质子交换膜的制备a)首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液先将杂多酸加入到水和乙醇的重量比为1∶3～1∶10的混合溶剂中，其中杂多酸与水和乙醇混合溶剂的重量比为1∶16～300，搅拌15～30分钟，然后按照无机氧化物前驱体与杂多酸重量比10∶1～2∶1加入无机氧化物前驱体，继续搅拌15～30分钟，形成杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；b)表面活性剂溶液的制备按照无机氧化物前驱体与表面活性剂重量比3∶1～1∶1将表面活性剂加入到水与乙醇的重量比为1∶3～1∶10混合溶剂中，表面活性剂与水与乙醇混合溶剂的重量比为1∶30～64，搅拌15～30分钟，制成表面活性剂溶液；c)无机质子传导粉末前驱体制备将步骤b)制备的表面活性剂溶液缓慢加入至步骤a)制备的杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液中，室温下搅拌1～2小时，制得无机质子传导粉末前驱体；d)无机质子交换膜制备将步骤c)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，在干燥箱中35℃～45℃下热处理7～10天，然后在温度350℃～400℃下高温煅烧1～2小时，得到无机质子传导粉末，碾磨此无机质子传导粉末，加入与无机质子传导粉末重量比为1∶10～3∶10的热塑性树脂粘结剂热压制备成无机质子交换膜；2)无机质子交换膜——催化层组件的制备将催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料混合均匀得混合物，在混合物中，催化剂、无机质子传导粉末、热塑性树脂粘结剂、电子传导材料所占重量百分比为催化剂10～50％、无机质子传导粉末10～40％、电子传导材料10～30％、热塑性树脂粘结剂10～20％；混合物涂抹在无机质子交换膜的中间位置，厚度为5～30微米，无机质子交换膜的四周预留出1～10毫米用于密封；然后，N2气保护下200℃热处理3～10分钟；3)无机质子交换膜——催化层组件的密封采用气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料作为密封材料用于密封，在制备过程中，将密封材料直接涂抹于无机质子交换膜四周预留的位置；4)无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备在密封好的无机质子交换膜——催化层上直接覆盖气体扩散层即得到无机质子交换膜燃料电池膜电极。
2.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的杂多酸是中心原子为P、Si或S，配位原子为W、Mo和V中的至少一种元素。
3.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的无机氧化物为SiO2或TiO2，选用SiO2时，则无机氧化物前驱体为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、正硅酸乙酯任意一种；选用TiO2时，则无机氧化物前驱体为钛酸乙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂CTAB，或为非离子表面活性剂F108、F127、P123、P56中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的热塑性树脂粘结剂为聚醚砜、聚苯醚酮、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯中的任何一种。
6.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的催化剂为Pt黑，Pt/X，尖晶石型，钙钛矿型氧化物，热解金属酞菁化合物MxPc，金属氮氧化学物MOxNy，其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Mn，合金催化剂Pd-Ti、Pd-Co-Au、Pd-Co-Mo，它们中的任何一种。
7.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的电子传导材料为碳黑、石墨、纳米碳纤维或碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的气密性好、适应于200℃以上工作的聚合物或者聚合物改性材料为聚四氟乙烯膜、硅橡胶、改性有机硅树脂漆W61-55、600#有机硅耐高温漆、800#有机硅耐高温漆中的任何一种。
9.根据权利要求1所述的一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述的扩散层为碳纸、碳纤维毡或者碳布。
全文摘要
本发明涉及一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法。一种无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)无机质子交换膜的制备a)首先制备杂多酸与无机氧化物前驱体混合溶液；b)表面活性剂溶液的制备；c)无机质子传导粉末前驱体制备；d)无机质子交换膜制备将步骤c)制备的无机质子传导粉末前驱体置于培养皿中，干燥、高温煅烧，得到无机质子传导粉末，加入热塑性树脂粘结剂热压制备成无机质子交换膜；2)无机质子交换膜——催化层组件的制备；3)无机质子交换膜——催化层组件的密封；4)无机质子交换膜燃料电池膜电极的制备。该方法制备的膜电极工作温度高(可高于200℃)。
文档编号H01M2/14GK101034747SQ20071005175
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者唐浩林, 潘牧 申请人:武汉理工大学