本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及一種陽極催化層及其制備方法、膜電極和燃料電池。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜燃料電池的陽極側(cè)會出現(xiàn)氫氣欠氣的現(xiàn)象，從而使得陽極電位升高，最終引起反極。反極現(xiàn)象的產(chǎn)生會引起陽極催化層的碳腐蝕反應(yīng)，從而導(dǎo)致碳載體表面的鉑顆粒脫落，催化層結(jié)構(gòu)坍塌，且該現(xiàn)象不可逆。因此，為避免反極現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高膜電極的耐久性，制備具有抗反極能力的陽極催化層至關(guān)重要。而目前制備抗反極膜電極的陽極催化層的方法存在抗反極催化劑使用量高，從而導(dǎo)致成本過高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高抗反極能力、低成本的陽極催化層及其制備方法、膜電極和燃料電池，所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，提供了一種陽極催化層，所述陽極催化層設(shè)置于膜電極的質(zhì)子交換膜的陽極側(cè)，所述陽極側(cè)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；所述陽極催化層包括所述第一區(qū)域上的催化層和所述第二區(qū)域上的催化層；所述第一區(qū)域靠近陽極氫氣出口區(qū)域；所述第二區(qū)域靠近陽極氫氣入口區(qū)域；所述第一區(qū)域上的催化層包括抗反極催化劑、第一鉑基催化劑和離聚物；所述第二區(qū)域上的催化層包括第二鉑基催化劑和離聚物。

3、在一個示例性的實施方式中，所述第一鉑基催化劑包括高度石墨化碳載體鉑基催化劑。

4、在一個示例性的實施方式中，所述離聚物包括全氟磺酸樹脂。

5、另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于上述陽極催化層的制備方法，所述方法包括：

6、提供第一原料，所述第一原料包括所述抗反極催化劑、所述第一鉑基催化劑和所述離聚物；

7、提供第二原料，所述第二原料包括所述第二鉑基催化劑和所述離聚物；

8、將所述第一原料和第一溶劑混合，得到第一漿料；

9、將所述第二原料和第二溶劑混合，得到第二漿料；

10、將第一漿料涂敷于第一區(qū)域，得到所述第一區(qū)域上的催化層；

11、將第二漿料涂敷于第二區(qū)域，得到所述第二區(qū)域上的催化層。

12、在一個示例性的實施方式中，所述第一溶劑包括水或醇類溶劑的一種或多種組合；

13、所述第二溶劑包括水或醇類溶劑的一種或多種組合。

14、在一個示例性的實施方式中，所述混合的方式包括水浴超聲、探針超聲、剪切、球磨或均質(zhì)中的一種。

15、在一個示例性的實施方式中，所述將所述第一原料和第一溶劑混合，得到第一漿料包括：

16、將所述第一原料和所述第一溶劑混合之后進行脫泡處理，得到第一漿料；

17、所述將所述第二原料和第二溶劑混合，得到第二漿料包括：

18、將所述第二原料和所述第二溶劑混合之后進行脫泡處理，得到第二漿料。

19、在一個示例性的實施方式中，所述將第一漿料涂敷于第一區(qū)域，得到所述第一區(qū)域上的催化層包括：

20、將第一漿料涂敷于第一區(qū)域之后，進行熱處理，得到所述第一區(qū)域上的催化層；

21、所述將第二漿料涂敷于第二區(qū)域，得到所述第二區(qū)域上的催化層包括：

22、將第二漿料涂敷于第二區(qū)域之后，進行熱處理，得到所述第二區(qū)域上的催化層。

23、另一方面，提供了一種膜電極，包括上述任一種陽極催化層。

24、另一方面，提供了一種燃料電池，包括上述一種膜電極。

25、本發(fā)明公開了一種陽極催化層，該陽極催化層設(shè)置于膜電極的質(zhì)子交換膜的陽極側(cè)，陽極側(cè)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；陽極催化層包括第一區(qū)域上的催化層和第二區(qū)域上的催化層；第一區(qū)域靠近陽極氫氣出口區(qū)域；第二區(qū)域靠近陽極氫氣入口區(qū)域；第一區(qū)域上的催化層包括抗反極催化劑、第一鉑基催化劑和離聚物；第二區(qū)域上的催化層包括第二鉑基催化劑和離聚物；本發(fā)明根據(jù)靠近陽極氫氣出口區(qū)域或靠近陽極氫氣入口區(qū)域，將陽極催化層劃分為第一區(qū)域上的催化層和第二區(qū)域上的催化層；僅在靠近陽極氫氣出口區(qū)域的第一區(qū)域上的催化層添加了抗反極催化劑，降低了抗反極催化劑的添加量，從而降低了陽極催化層的制作成本，同時實現(xiàn)了抗反極效果。

技術(shù)特征：

1.一種陽極催化層，其特征在于，所述陽極催化層設(shè)置于膜電極的質(zhì)子交換膜的陽極側(cè)，所述陽極側(cè)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；所述陽極催化層包括所述第一區(qū)域上的催化層和所述第二區(qū)域上的催化層；所述第一區(qū)域靠近陽極氫氣出口區(qū)域；所述第二區(qū)域靠近陽極氫氣入口區(qū)域；所述第一區(qū)域上的催化層包括抗反極催化劑、第一鉑基催化劑和離聚物；所述第二區(qū)域上的催化層包括第二鉑基催化劑和離聚物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽極催化層，其特征在于，所述第一鉑基催化劑包括高度石墨化碳載體鉑基催化劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽極催化層，其特征在于，所述離聚物包括全氟磺酸樹脂。

4.一種用于權(quán)利要求1～3任一項所述的陽極催化層的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述第一溶劑包括水或醇類溶劑的一種或多種組合；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述混合的方式包括水浴超聲、探針超聲、剪切、球磨或均質(zhì)中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述將所述第一原料和第一溶劑混合，得到第一漿料包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備方法，其特征在于，所述將第一漿料涂敷于第一區(qū)域，得到所述第一區(qū)域上的催化層包括：

9.一種膜電極，其特征在于，包括所述權(quán)利要求1～3中任一項所述的一種陽極催化層。

10.一種燃料電池，其特征在于，包括所述權(quán)利要求9所述的一種膜電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種陽極催化層及其制備方法、膜電極和燃料電池，該陽極催化層設(shè)置于膜電極的質(zhì)子交換膜的陽極側(cè)，陽極側(cè)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；陽極催化層包括第一區(qū)域上的催化層和第二區(qū)域上的催化層；第一區(qū)域靠近陽極氫氣出口區(qū)域；第二區(qū)域靠近陽極氫氣入口區(qū)域；第一區(qū)域上的催化層包括抗反極催化劑、第一鉑基催化劑和離聚物；第二區(qū)域上的催化層包括第二鉑基催化劑和離聚物；本發(fā)明根據(jù)靠近陽極氫氣出口區(qū)域或靠近陽極氫氣入口區(qū)域?qū)㈥枠O催化層劃分為第一區(qū)域上的催化層和第二區(qū)域上的催化層；僅在靠近陽極氫氣出口區(qū)域的第一區(qū)域上的催化層添加了抗反極催化劑，減少了抗反極催化劑的添加量，降低了成本的同時，還實現(xiàn)了抗反極效果。

技術(shù)研發(fā)人員：孫昕野,黃豪,劉冬安
受保護的技術(shù)使用者：中汽創(chuàng)智科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6