待定稿一种高比能量直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法.doc

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1、说明书摘要一种基于CNT高稳定性直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法，属于质子交换膜燃料电池技术领域。所述膜电极由阳极气体扩散电极、质子交换膜和阴极气体扩散电极组成，其中阳极气体扩散电极由Pt/C碳纸制得而和阴极气体扩散电极的扩散层均由石墨烯气凝胶CNT（碳纳米管）材料/不锈钢毡复合材料制得，同时扩散层也兼作甲醇水溶液（阳极）和液体水（阴极）的传质阻挡层以及膜电极中催化层的支撑层，并且扩散层可以收集电化学反应中产生的电流。以及集流板。本发明的膜电极不仅简化了有效避免了直接甲醇燃料电池阴极的的结构水淹现

2、象，而且提高了阳极储液腔中甲醇燃料的使用浓度，加增强了水从阴极向阳极的反向传输，降低了甲醇渗透，从而提高了直接甲醇燃料电池长时间持续工作的的比能量稳定性。权利要求书1、一种基于CNT高稳定性直接甲醇燃料电池膜电极高比能量直接甲醇燃料电池膜电极，由阳极气体扩散电极、质子交换膜和阴极气体扩散电极组成，其特征在于是所述阳极气体扩散电极和阴极气体扩散电极的扩散层均仅由石墨烯气凝胶/不锈钢毡复合基于多臂碳纳米管的CNT纸制得。2、根据权利要求1所述的基于CNT高稳定性直接甲醇燃料电池膜电极，其特征在于所述膜电

3、极MEA阴极扩散电极采用以下方法制备：将清洗过的不锈钢毡浸泡在2-10ml/L的氧化石墨烯水溶液中30-90分钟，之后进行冷冻干燥处理，最后在400-500℃下进行烧结处理1-5小时。3、根据权利要求1所述的高比能量直接甲醇燃料电池膜电极，其特征在于所述石墨烯气凝胶/不锈钢毡复合材料采用以下方法制备：将清洗过的不锈钢毡浸泡在2-10ml/L的氧化石墨烯水溶液中30-90分钟，之后放入含有5-15g/L维C的水溶液中进行还原处理2-5小时，之后再进行冷冻干燥处理。4、一种权利要求1所述的高比能量直接甲

4、醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：（1）石墨烯气凝胶/不锈钢毡复合材料的制备将清洗过的不锈钢毡浸泡在2-10ml/L的氧化石墨烯水溶液中30-90分钟，之后进行冷冻干燥处理，最后在400-500℃下进行烧结处理1-5小时；（2）阴极气体扩散电极的制备过程如下：将Pt/C催化剂与一定量的去离子水混合，超声振荡，然后加入Nafion溶液和异丙醇，控制Nafion与Pt/C混合物的质量比为1/3~1/9，超声振荡、磁力搅拌至形成均匀的阴极催化剂浆料，将浆料通过刷涂或喷涂的方式覆于石墨

5、烯气凝胶与不锈钢毡复合材料的表面，烘干，即可得到阴极气体扩散电极；（3）阳极气体扩散电极的制备过程如下：将PtRu/C催化剂与一定量的去离子水混合，超声振荡，然后加入Nafion溶液和异丙醇，控制Nafion与PtRu/C混合物的质量比为1/3~1/9，超声振荡、磁力搅拌至形成均匀的阳极催化剂浆料，将浆料通过刷涂或喷涂的方式覆于阳极扩散层表面，烘干，即可得到阳极气体扩散电极；（4）热压形成膜电极过程如下：将质子交换膜置于阳极气体扩散电极与阴极气体扩散电极的中间，三者对齐摆放，使用热压机在100-18

6、0kg.cm-2的压强下、135℃的温度下热压1-5min，即制得权利要求1所述的高比能量直接甲醇燃料电池膜电极。5、根据权利要求4所述的高比能量直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述阴极催化层Pt载量为1~5mg/cm2。6、根据权利要求4所述的高比能量直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述阳极催化层Pt载量为3~6mg/cm2。7、根据权利要求4所述的高比能量直接甲醇燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于所述步骤（1）石墨烯气凝胶/不锈钢毡复合材料的制备替换为：将清洗过的不锈钢

7、毡浸泡在2-10ml/L的氧化石墨烯水溶液中30-90分钟，之后放入含有5-15g/L维C的水溶液中进行还原处理2-5小时，之后再进行冷冻干燥处理。说明书一种高比能量直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法技术领域本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，涉及一种直接甲醇燃料电池膜电极结构及其制备方法。背景技术得益于液体甲醇的高能量密度，直接甲醇燃料电池（DirectMethanolFuelCell﹣DMFC）理论比能量可达4900Wh/L，接近锂电池的5倍。但是在实际应用中，甲醇水溶液在扩散或者电渗的作用下

8、会从阳极经Nafion膜（使用最多的质子交换膜）传输到阴极，并在阴极催化剂的作用下会与氧气直接发生反应，形成混合电位。这种甲醇渗透不仅会造成燃料的浪费和系统效率的降低，而且增加了阴极极化，降低了DMFC的输出电压。实验表明，DMFC通常采用3M左右的低浓度甲醇作为燃料来降低甲醇渗透、改善电池的性能，但这会使得DMFC的比能量显著的减小。由于甲醇渗透率是由阳极催化层内的甲醇浓度决定的，通过DMFC结构的优化，在其内部不同的位置构建传质阻挡层可以将阳极催化层内甲醇浓度控制