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申请/专利权人：哈尔滨工业大学;江苏源氢新能源科技股份有限公司

摘要：一种适配低湿低背压工况的膜电极的制备方法，它涉及燃料电池膜电极的制备方法，它是要解决现有的膜电极在低湿低背压工况下易失水、质子传导困难致性能快速下降的问题。本方法：一、制备氧硫共掺杂碳材料；二、制备烷基咪唑基质子型离子液体；三、配制保水层浆料；四、制备保水层；五、配制膜电极催化层浆料；六、制备膜电极。本发明的膜电极在背压为100kPa、相对低湿度为20％的H2O2环境下的峰值功率密度最高能够达到1.44Wcm2，比传统膜电极提升了8.3％。通过电堆极化测试表明，发明的膜电极在0.65V时的电流密度达到1.65Acm2，可比传统膜电极提升了16％，可用于质子交换膜燃料电池领域。

主权项：1.一种适配低湿低背压工况的膜电极的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、碳材料的处理：（1）氧掺杂碳材料的制备：将碳材料放入化学气相沉积装置的真空室中，用高纯氩气吹扫真空室10~30min以确保等离子体被激发时无其他残余气体，再在真空室中的氩气压力为20~50Pa、频率发生器功率为200~500W的条件下对碳材料进行等离子体处理20~60min，得到氧掺杂碳材料C1；（2）氧硫共掺杂碳材料的制备：按照氧掺杂碳材料C1、氨基苯磺酸盐与去离子水的质量比为1：（0.2~0.8）：（5~10）分别称取氧掺杂碳材料C1、氨基苯磺酸盐和去离子水并加入到超声波细胞破碎仪中，在冰浴条件下破碎分散0.5~1h，得到分散液；然后在氮气的保护下，将分散液加入到带有回流装置的反应器中，加热至75~90℃保持回流12~20h；待反应结束后，用N,N-二甲基乙酰胺和去离子水洗涤干净，60℃下真空干燥2~4h，得到氧硫共掺杂碳材料C2；二、烷基咪唑基质子型离子液体的制备：将1-烷基咪唑经蒸馏纯化，再用分子筛干燥；在氩气保护的手套箱中将双（三氟甲基磺酰）亚胺和1-烷基咪唑按照摩尔比为1：（1~3）混合均匀，得到混合溶液；再将混合溶液置于温度为25~30℃的真空烘箱中真空干燥24~48h，得到1-烷基咪唑双（三氟甲磺酰基）亚胺盐离子液体；三、保水层浆料的配制：将氧硫共掺杂碳材料C2、1-烷基咪唑双（三氟甲磺酰基）亚胺盐、有机溶剂按质量比为6:3:（30~150）均匀混合，再置于温度为60~80℃的水浴锅中水浴1~3h，冷却至室温后，得到浆料Ⅰ；四、保水层的制备：将浆料Ⅰ装入超声喷涂设备中，并将质子交换膜吸附在超声喷涂设备的吸附平台上，吸附平台温度控制在60~90℃，将浆料Ⅰ均匀喷涂至质子交换膜的阴极侧，直至混合物载量为0.05~0.3mgcm2，该层即为保水层；五、膜电极催化层浆料的配制：按PtC催化剂、异丙醇、去离子水的质量比为0.01：（200~500）：（300~500）称取PtC催化剂、异丙醇、去离子水混合均匀，得到混合液；再向混合液中滴加质量百分浓度为5%的Nafion溶液，得到浆料Ⅱ，使浆料Ⅱ的IC比为0.7~09；其中IC比是指浆料Ⅱ中的离聚物与PtC催化剂中碳的质量比；六、膜电极的制备：（1）阴极催化层的制备：将浆料Ⅱ装入超声喷涂设备中，并将负载有保水层的质子交换膜吸附在超声喷涂设备的吸附平台上，保水层朝上，吸附平台温度控制在70~90℃，将浆料Ⅱ均匀喷涂保水层上，直至Pt载量为0.2~0.4mgcm2，此面作为阴极面；（2）阳极面的制备：将浆料Ⅱ装入超声喷涂设备中，并将质子交换膜吸附在超声喷涂设备的吸附平台上，吸附平台温度控制在70~90℃，将浆料Ⅱ均匀喷涂至质子交换膜的另一面上，直至Pt喷涂载量为0.025~0.1mgcm2，此面作为阳极面；（3）将喷涂后的负载有保水层及催化层的膜与气体扩散层在130~160℃下进行热压3~5min，即得到适配低湿低背压工况的膜电极。

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