專利名稱：具有兩種親水性的用于燃料電池的電極及其制備方法和包含該電極的膜電極組件和燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有兩種親水性的用于燃料電池的電極，制備該電極的方法，以 及包含該電極的膜電極組件和燃料電池，更具體地講，本發(fā)明涉及一種能有效地控制催化 劑層的水分的用于燃料電池的電極，制備該電極的方法，以及包含該電極的膜電極組件和 燃料電池。
背景技術(shù)：
近來(lái)，由于可以預(yù)見(jiàn)的如石油和煤的常規(guī)能源的枯竭，對(duì)替代能源的興趣與日俱 增。燃料電池作為替代能源之一，其優(yōu)點(diǎn)是具有高效率，不釋放如NOx和SOx的污染物并且 使用的燃料數(shù)量豐富，因此燃料電池吸引了公眾的注意力。燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電體系，一般使用氫和 烴(如甲醇或丁烷)作為燃料，并且使用氧氣作為氧化劑。在燃料電池中，膜電極組件(MEA)是用于發(fā)電的基本單元，其包括電解質(zhì)膜和形 成在電解質(zhì)膜的相對(duì)的兩側(cè)的陽(yáng)極和陰極。圖1圖示了燃料電池發(fā)電的原理，化學(xué)反應(yīng)式 1表示使用氫作為燃料時(shí)燃料電池的反應(yīng)式。參考圖1和化學(xué)反應(yīng)式1，燃料的氧化反應(yīng)發(fā) 生在陽(yáng)極以產(chǎn)生氫離子和電子，并且氫離子通過(guò)電解質(zhì)膜移動(dòng)到陰極。電子和穿過(guò)電解質(zhì) 膜的氫離子在陰極與氧氣(氧化劑)反應(yīng)生成水，該反應(yīng)使電子移動(dòng)到外部電路?；瘜W(xué)反應(yīng)式1陽(yáng)極H2 — 2H++2e"陰極l/202+2H++2丨一H2O反應(yīng)式H2+l/202— H2O圖2圖示了用于燃料電池的膜電極組件的通常的構(gòu)造。參考圖2，用于燃料電池 的膜電極組件包括電解質(zhì)膜201，和位于電解質(zhì)膜201相對(duì)的兩側(cè)的陽(yáng)極電極和陰極電極。 陽(yáng)極電極和陰極電極分別包括催化劑層203、205和氣體擴(kuò)散層208。氣體擴(kuò)散層包括電極 基板209a、209b和形成在電極基板上的微孔層207a、207b。在燃料電池里，水分的量是決定電池性能的因素。應(yīng)該適當(dāng)?shù)乇３忠氲诫姵氐?水分或在電極產(chǎn)生的水分。具體地講，也是反應(yīng)產(chǎn)物的水分在電極中有助于離子遷移。然而，作為反應(yīng)產(chǎn)物所 產(chǎn)生的水分的量還不足以保證燃料電池的離子導(dǎo)電性，因此通常在濕潤(rùn)條件下運(yùn)行燃料電 池。然而，過(guò)量的水分會(huì)阻塞催化劑層或氣體擴(kuò)散層上的微孔。因此，優(yōu)選燃料電池在 低濕度狀態(tài)下運(yùn)行以使得只有所需量的水分存在于催化劑層。同時(shí)，當(dāng)在過(guò)低的濕度條件下運(yùn)行燃料電池時(shí)，由于缺乏水分，離子的導(dǎo)電性會(huì)變 差，結(jié)果降低了燃料電池的效率。因此，在適當(dāng)?shù)牡蜐穸人竭\(yùn)行燃料電池就成了關(guān)鍵問(wèn)題。
在過(guò)去，燃料電池的膜電極組件的催化劑層是通過(guò)使用一種含有催化劑和離聚體 的墨水涂覆基板來(lái)獲得的，所以催化劑層完全是均勻的。因此控制催化劑層的水分是困難 的。在這方面，日本早期公開(kāi)專利公開(kāi)第2006-286330號(hào)披露了一種制備催化劑層具 有不同親水性的電極的方法，其是通過(guò)用具有不同親水性的化合物對(duì)催化劑粒子進(jìn)行表 面-重整來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，迫切需要開(kāi)發(fā)出一種甚至在低濕度運(yùn)行條件下能夠適當(dāng)?shù)厥谷剂想姵氐碾?極的催化劑層保持水分的更加有效的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于燃料電池的電極，其通過(guò)控制催化劑層每個(gè) 區(qū)域的親水性可保持電極里的水分至適當(dāng)?shù)乃健＜夹g(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于燃料電池的電極，其包括與具有槽的隔 板相接觸的氣體擴(kuò)散層和設(shè)置在氣體擴(kuò)散層和電解質(zhì)膜之間的催化劑層，其中，所述電極 的催化劑層有具有不同親水性的兩部分，并且催化劑層面對(duì)著槽的部分與不面對(duì)著槽的部 分相比具有更高的親水性。發(fā)明者發(fā)現(xiàn)日本早期公開(kāi)專利公開(kāi)第2006-286330號(hào)披露了一種有具有不同親 水性能的區(qū)域的催化劑層，但是其效果是不充分的，因?yàn)楹鲆暳瞬鄣奈恢煤痛呋瘎拥乃?分控制之間的相互關(guān)系。為了這個(gè)原因，如圖5所示，在本發(fā)明的用于燃料電池的電極中， 在隔板210面對(duì)著槽的部分21，即對(duì)應(yīng)于直接與具有低濕度的氣體接觸的氣體擴(kuò)散層208 的催化劑層203、205的部分的親水性提高了，由此降低了被氣體帶走的水分的量，并且雖 然在某種程度上水分被帶走了但還能保持充分的濕度。因此，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)乇３至穗姵乩锏?水分，所以可以提高電池的性能。在本發(fā)明的電極中，當(dāng)對(duì)水的接觸角的差異為2° -20° 時(shí)，面對(duì)著槽的部分和不面對(duì)著槽的部分之間的親水性的差異被認(rèn)為是合適的，但本發(fā)明 不限于此。根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的電極對(duì)于在低濕度條件下運(yùn)行的燃料電池會(huì)更加 有用，例如所述電極可以在濕度為0-70 %，優(yōu)選20-70 %，更優(yōu)選30-60 %的低濕度條件下 適當(dāng)?shù)乇３诌\(yùn)行燃料電池所需的水分。在本發(fā)明的電極中，除了已存在的催化劑層以外，催化劑層面對(duì)著槽的部分優(yōu)選 進(jìn)一步包含親水性增強(qiáng)劑以提高親水性。例如，催化劑層面對(duì)著槽的部分可包含金屬催 化劑或在碳基載體上的金屬催化劑；聚合物離聚體；和選自Ti02、SiO2、沸石、氧化鋯、氧 化鈰、酸處理過(guò)的陶瓷粒子或碳、親水性的聚合物和Al2O3中的一種親水性增強(qiáng)劑，或它 們的混合物?？梢栽O(shè)定親水性增強(qiáng)劑的含量使得金屬催化劑與親水性增強(qiáng)劑的重量比為 1 0.05-1，但不限于此。在本發(fā)明的電極中，催化劑層不面對(duì)著槽的部分可為現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的一般 催化劑層，并且其可包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑和聚合物離聚體。本發(fā)明的另一個(gè)方案是提供一種制備用于燃料電池的電極的方法，其包括(Si)
4分別制備(a)包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑、聚合物離聚體和溶劑的形成 第一催化劑層的墨水，和(b)包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑、聚合物離聚 體、親水性增強(qiáng)劑和溶劑的形成第二催化劑層的墨水；和(S2)通過(guò)噴墨式噴涂的方式將 形成第一和第二催化劑層的墨水噴涂到電解質(zhì)膜或氣體擴(kuò)散層上，以使得形成第一催化劑 層的墨水被噴涂到不面對(duì)著槽的部分而形成第二催化劑層的墨水被噴涂到面對(duì)著槽的部 分，由此形成催化劑層。在這方面，日本早期公開(kāi)專利公開(kāi)第2006-286330號(hào)披露了一種通過(guò)表面-重 整催化劑粒子來(lái)控制催化劑層的親水性能的方法，但是發(fā)明者發(fā)現(xiàn)這種常規(guī)技術(shù)為了表 面-重整催化劑粒子需要另外的工藝。然而，在本發(fā)明的方法中，在制備形成催化劑層的墨 水的同時(shí)，加入并混合了能提高催化劑層的親水性的親水性增強(qiáng)劑，因此，該方法是非常簡(jiǎn) 單的并且不需要任何額外的工藝。本發(fā)明的上述電極可用于膜電極組件或燃料電池。


圖1為圖示燃料電池發(fā)電原理的示意圖；圖2為圖示燃料電池膜電極組件的通常構(gòu)造的示意圖；圖3為圖示根據(jù)本發(fā)明分別噴涂形成第一催化劑層的墨水和形成第二催化劑層 的墨水的示意圖；圖4為示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明形成催化劑層的平面圖；圖5為示意性地圖示形成根據(jù)本發(fā)明的電極的橫截面圖；圖6為圖示根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的燃料電池的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文將根據(jù)其制備方法詳細(xì)描述本發(fā)明的用于燃料電池的電極。在開(kāi)始描述之 前，應(yīng)該明白，說(shuō)明書和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為僅限于一般的和字面的 意義，而是應(yīng)在允許發(fā)明人對(duì)術(shù)語(yǔ)作合適的定義以最好的解釋的基礎(chǔ)上，基于本發(fā)明的技 術(shù)方案所對(duì)應(yīng)的意義和概念進(jìn)行解釋。首先，分別制備(a)包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑、聚合物離聚 體和溶劑的形成第一催化劑層的墨水，和(b)包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化 劑、聚合物離聚體、親水性增強(qiáng)劑和溶劑的形成第二催化劑層的墨水(Si)。根據(jù)本發(fā)明的形成第一催化劑層的墨水可使用現(xiàn)有技術(shù)中所用的任何形成催化 劑層的墨水而沒(méi)有限制。例如，形成催化劑層的墨水可包含金屬催化劑或在碳基載體上的 金屬催化劑；聚合物離聚體和溶劑。金屬催化劑可典型地為選自鉬、釕、鋨、鉬-釕合金、鉬-鋨合金、鉬-鈀合金、 鉬-鉬合金、鉬-銠合金和鉬-過(guò)渡金屬合金中的任一種，或者它們的混合物，然而本發(fā)明 不限于此。碳基載體可為基于碳的材料，優(yōu)選為選自石墨、炭黑、乙炔黑、超導(dǎo)電乙炔黑 (denta black)、科琴黑(ketjen black)、活性碳、介孔碳、碳納米管、碳納米纖維、碳納米錐 角、碳納米環(huán)、碳納米線、富勒烯(C60)和Super-P中的任一種，或它們的混合物。
聚合物離聚體可典型地為高氟化離子交換樹(shù)脂離聚體(nafion ionomer)或磺化 聚合物如磺化聚三氟苯乙烯。在形成第一催化劑層的墨水中根據(jù)燃料電池的種類和用途可適當(dāng)控制聚合物離 聚體的含量，并且基于100重量份催化劑，其含量?jī)?yōu)選為15-45重量份，這將在后面解釋。在 此范圍內(nèi)，離聚體沒(méi)有過(guò)分地覆蓋催化劑層以保證催化劑和燃料之間的反應(yīng)容易進(jìn)行，并 且在催化劑層上也形成了滿意的離子遷移通道以保證離子的良好遷移。溶劑可為選自水、丁醇、異丙醇、甲醇、乙醇、正丙醇、乙酸正丁酯和乙二醇中的任 一個(gè)，或它們的混合物。在形成第一催化劑層的墨水中，根據(jù)燃料電池的種類或其制備或使用環(huán)境可適當(dāng) 控制溶劑的含量。例如，基于100重量份催化劑，溶劑的含量可為100-5000重量份，但不限 于此。當(dāng)溶劑的含量位于上述范圍內(nèi)時(shí)，能最適宜地保持形成催化劑層的墨水的粘度，由此 保證在涂敷工作中催化劑粒子的極好的分散性以形成均一的催化劑層。另外，可以用最短 的工作時(shí)間完成涂敷工作，從而保證極好的生產(chǎn)率。除了加入親水性增強(qiáng)劑以外，可以按照與形成第一催化劑層的墨水的相同的方法 制備根據(jù)本發(fā)明的形成第二催化劑層的墨水。例如，形成第二催化劑層的墨水包含金屬催 化劑或在碳基載體上的金屬催化劑；聚合物離聚體；親水性增強(qiáng)劑和溶劑。所述親水性增 強(qiáng)劑可為選自Ti02、Si02、沸石、氧化鋯、氧化鈰、酸處理過(guò)的陶瓷粒子或碳、親水性的聚合物 和Al2O3中的任一種，或它們的混合物，但不限于此。加入到形成第二催化劑層的墨水中的親水性增強(qiáng)劑的含量可根據(jù)燃料電池的種 類和用途經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)根據(jù)需要來(lái)控制。例如，金屬催化劑和親水性增強(qiáng)劑的重量比可 設(shè)定為1 0.05-1。在此范圍內(nèi)，電極的催化劑層會(huì)顯示極好的離子導(dǎo)電性而不妨礙物質(zhì) 傳遞。具體地講，根據(jù)所使用的材料，親水性增強(qiáng)劑會(huì)產(chǎn)生不同的親水性。如果所述重量比 低于上述范圍，則親水效果會(huì)不充分。然而，如果所述重量比高于上述范圍，則與催化劑相 比過(guò)量的親水性增強(qiáng)劑會(huì)吸收太多的水分，這會(huì)對(duì)物質(zhì)傳遞產(chǎn)生不好的影響并且妨礙電子 的遷移，因而降低了電極的效率。如上所述在制備了所述墨水以后，通過(guò)噴墨式噴涂的方式將形成第一和第二催化 劑層的墨水噴涂到電解質(zhì)膜或氣體擴(kuò)散層上。此時(shí)，形成第一催化劑層的墨水被噴涂到不 面對(duì)著槽的部分，而形成第二催化劑層的墨水被噴涂到面對(duì)著槽的部分，由此形成催化劑 層(S2)。如圖3所示，形成第一催化劑層的墨水11和形成第二催化劑層的墨水12被噴涂 到電解質(zhì)膜201或氣體擴(kuò)散層208上。噴墨式噴涂可以使用相關(guān)的軟件來(lái)非常精確地調(diào)整 墨滴的噴涂位置，因此形成第一催化劑層的墨水11和形成第二催化劑層的墨水12的單個(gè) 墨滴可被噴涂到電解質(zhì)膜201或氣體擴(kuò)散層208的預(yù)設(shè)的位置上。因此，如圖4所示，可以 將形成第二催化劑層的墨水噴涂到面對(duì)著槽的部分21而將形成第一催化劑層的墨水噴涂 到不面對(duì)著槽的部分22。通過(guò)這種方法，雖然燃料電池具有多種槽的模式，但是根據(jù)位置調(diào)整可將本發(fā)明 的形成第一和第二催化劑層的墨水分別噴涂到面對(duì)著槽的部分和不面對(duì)著槽的部分，因此 可以控制催化劑層的具有不同親水性的任何區(qū)域。如圖5所示，在催化劑層面對(duì)槽的部分21以及電解質(zhì)膜和氣體擴(kuò)散層面對(duì)槽的部分，具有相對(duì)較低濕度的氣體流動(dòng)，從而將水份帶走。因此，對(duì)應(yīng)這些部分的催化劑層203、 205與其他部分相比具有較低的水分濃度。因此，設(shè)置本發(fā)明的催化劑層203、205以使得面 對(duì)槽的部分21與不面對(duì)槽的部分22相比具有更高的親水性，由此不使太多的水分被氣體 帶走。另外，雖然水分被氣體帶走，但是由于較高的親水性可以很容易地補(bǔ)充水分，所以整 個(gè)催化劑層的水分可以保持平衡?？梢杂枚喾N方法測(cè)量面對(duì)著槽的部分和不面對(duì)著槽的部分之間的親水性的差異。 例如，這種差異可以用對(duì)水的接觸角來(lái)表示。在本發(fā)明中，當(dāng)對(duì)水的接觸角的差異為2°以 上，優(yōu)選5°以上，更優(yōu)選10°以上時(shí)，面對(duì)著槽的部分和不面對(duì)著槽的部分之間的親水性 的差異被認(rèn)為是合適的，但本發(fā)明不限于此。如果親水性的差異太大，則會(huì)降低催化劑層的 反應(yīng)性。因此，當(dāng)對(duì)水的接觸角的差異為2° -20°時(shí)，催化劑層的親水性的差異被認(rèn)為是 合適的。根據(jù)上述方法當(dāng)形成第一和第二催化劑層的墨滴被噴涂到彼此相鄰的電解質(zhì)膜 或氣體擴(kuò)散層的預(yù)定位置上時(shí)，形成了催化劑層。根據(jù)上述方法當(dāng)形成第一和第二催化劑 層的墨滴被重復(fù)地噴涂到形成的催化劑層上時(shí)，能夠獲得所需厚度的催化劑層。在完成墨水噴涂程序后，可進(jìn)一步進(jìn)行干燥程序來(lái)干燥催化劑層。在這種情況下， 為了加快噴涂的墨滴的干燥過(guò)程，在墨水噴涂過(guò)程中可以以熱處理狀態(tài)來(lái)噴涂墨水?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)率來(lái)適當(dāng)選擇熱處理?xiàng)l件。例如，熱處理可以在20_90°C 下，優(yōu)選在25-30°C下進(jìn)行，但不是限制性的。如上所述，在本發(fā)明中，因?yàn)楦鶕?jù)槽的位置催化劑層具有不同的親水性，本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員不需要任何經(jīng)驗(yàn)就能充分地預(yù)期通過(guò)調(diào)整催化劑層水分的濃度來(lái)適當(dāng)?shù)乜?制電極中的水分的量。根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的電極在需要的部分具有較高的親水性，因此其對(duì) 于在低濕度條件下運(yùn)行的燃料電池會(huì)更加有用。例如，所述電極在濕度為0-70%，優(yōu)選 20-70%，更優(yōu)選30-60%的低濕度條件下可以適當(dāng)?shù)乇３诌\(yùn)行燃料電池所需的水分，并因 此在極佳狀態(tài)下保持燃料電池的性能。根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的電極可以形成在電解質(zhì)膜或氣體擴(kuò)散層上，因此其 可以用于制備根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的膜電極組件。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的膜電極組件包括電解質(zhì)膜201 ；和位于 電解質(zhì)膜201的相對(duì)的兩側(cè)的陽(yáng)極和陰極。所述陽(yáng)極和陰極可分別包括氣體擴(kuò)散層208以 及催化劑層203和205。根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的氣體擴(kuò)散層208可分別包括基板209a 和209b以及形成在基板209a和209b —側(cè)的微孔層207a和207b。用于本發(fā)明的電解質(zhì)膜可采用現(xiàn)有技術(shù)中使用的任何電解質(zhì)膜，例如選自全氟磺 酸聚合物、基于烴的聚合物、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚苯硫醚、聚苯醚、聚磷腈 (polyphosphazene)、聚萘二甲酸乙二酯、聚酯、摻雜的聚苯并咪唑、聚醚酮、聚砜或者它們 的酸和堿中的任一種聚合物，但本發(fā)明不限于此。用于本發(fā)明的氣體擴(kuò)散層在隔板和催化劑層之間起到導(dǎo)體的作用并且成為作為 反應(yīng)物的氣體和作為產(chǎn)物的水的通道。因此，氣體擴(kuò)散層具有多孔結(jié)構(gòu)(具有20-90%的孔 隙率)使得氣體可以容易地通過(guò)。氣體擴(kuò)散層可采用現(xiàn)有技術(shù)中使用的任何氣體擴(kuò)散層，其一般可包括由選自碳
7紙、碳布和碳?xì)种械娜我环N制成的導(dǎo)電基板。氣體擴(kuò)散層可進(jìn)一步包括形成在導(dǎo)電基板一 側(cè)的微孔層，并且微孔層可由基于碳的材料或基于氟的樹(shù)脂制成。所述基于碳的材料可為選自石墨、炭黑、乙炔黑、超導(dǎo)電乙炔黑、科琴黑、活性碳、 介孔碳、碳納米管、碳納米纖維、碳納米角、碳納米環(huán)、碳納米線、富勒烯(C60)和Super-P中 的任一種，或它們的混合物，但本發(fā)明并不限于此。所述基于氟的樹(shù)脂可為選自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚乙烯醇、乙酸纖 維素、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)和丁苯橡膠(SBR)中的任一種，或它們 的混合物，但本發(fā)明并不限于此。氣體擴(kuò)散層可根據(jù)需要具有適當(dāng)?shù)暮穸?，例?00-400 μ m，但不限于此。如果氣體 擴(kuò)散層的厚度太小，則催化劑層和隔板之間的電接觸電阻增加，并且氣體擴(kuò)散層可能沒(méi)有 足夠的力保證壓縮。如果厚度太大，則氣體反應(yīng)物不能很容易地移動(dòng)。因此，氣體擴(kuò)散層的 厚度應(yīng)保持在適當(dāng)?shù)乃?。同時(shí)，催化劑層形成在氣體擴(kuò)散層的微孔層上。本發(fā)明還提供一種包括上述膜電極組件的燃料電池。圖6為圖示根據(jù)本發(fā)明的一 種實(shí)施方式的燃料電池的示意圖。參考圖6，本發(fā)明的燃料電池包括電堆200、燃料提供單 元400和氧化劑提供單元300。所述電堆200包括至少一種本發(fā)明的膜電極組件，當(dāng)包括至少兩種膜電極組件 時(shí)，電堆200包括設(shè)置在膜電極組件之間的隔板。所述隔板阻止膜電極組件彼此之間電連 接，并將外部提供的燃料和氧化劑轉(zhuǎn)移到膜電極組件。所述燃料提供單元400向電堆200提供燃料，并且可包括用于儲(chǔ)存燃料的燃料罐 410和用于將儲(chǔ)存在燃料罐410中的燃料提供給電堆200的泵420。燃料可為氣態(tài)或液態(tài) 的氫或烴燃料，并且烴燃料可為例如，甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或天然氣。所述氧化劑提供單元300向電堆200提供氧化劑。氧化劑一般為氧氣，并且氧化 劑提供單元300可為泵送氧氣或空氣的泵。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的電極可以根據(jù)位置不同而控制催化劑層的親水性，因 此能夠以適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)保持電極中水分的量并且防止槽附近水分的缺乏，由此提高電池的 性能。具體地講，根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的電極更適合用于在低濕度條件下運(yùn)行的燃 料電池。
權(quán)利要求
一種用于燃料電池的電極，其包括與具有槽的隔板相接觸的氣體擴(kuò)散層和設(shè)置在所述氣體擴(kuò)散層和電解質(zhì)膜之間的催化劑層，其中，所述電極的催化劑層有具有不同親水性的兩部分，并且催化劑層面對(duì)著槽的部分與不面對(duì)著槽的部分相比具有更高的親水性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的電極，其中，所述具有不同親水性的部分對(duì) 水的接觸角的差異為2° -20°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的電極，其中，使用所述電極的燃料電池是在 濕度為0-70%的低濕度條件下運(yùn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的電極，其中，所述催化劑層面對(duì)著槽的部分 包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑；聚合物離聚體；和選自Ti02、SiO2、沸石、氧 化鋯、氧化鈰、酸處理過(guò)的陶瓷粒子或碳、親水性的聚合物和Al2O3中的一種親水性增強(qiáng)劑， 或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的電極，其中，所述催化劑層不面對(duì)著槽的部 分包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑和聚合物離聚體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于燃料電池的電極，其中，所述金屬催化劑與所述親水性 增強(qiáng)劑的重量比為1 0.05-1。
7.一種制備用于燃料電池的電極的方法，其包括(51)分別制備(a)包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑、聚合物離聚體和 溶劑的形成第一催化劑層的墨水，和(b)包含金屬催化劑或在碳基載體上的金屬催化劑、 聚合物離聚體、親水性增強(qiáng)劑和溶劑的形成第二催化劑層的墨水；和(52)通過(guò)噴墨式噴涂的方式將形成第一和第二催化劑層的墨水噴涂到電解質(zhì)膜或氣 體擴(kuò)散層上，以使得形成第一催化劑層的墨水被噴涂到不面對(duì)著槽的部分而形成第二催化 劑層的墨水被噴涂到面對(duì)著槽的部分，由此形成催化劑層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備用于燃料電池的電極的方法，其中，在制備了所述的用 于燃料電池的電極以后，所述面對(duì)著槽的部分和不面對(duì)著槽的部分之間對(duì)水的接觸角的差 異為 2° -20°。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備用于燃料電池的電極的方法，其中，使用所述電極的燃 料電池是在濕度為0-70%的低濕度條件下運(yùn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備用于燃料電池的電極的方法，其中，在形成第二催化劑 層的墨水中，親水性增強(qiáng)劑選自Ti02、SiO2、沸石、氧化鋯、氧化鈰、酸處理過(guò)的陶瓷粒子或 碳、親水性的聚合物和Al2O3中，或者為它們的混合物。
11.一種用于燃料電池的膜電極組件，其包括電解質(zhì)膜，和分別形成在電解質(zhì)膜的相 對(duì)的兩側(cè)的陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極和陰極各自具有催化劑層和氣體擴(kuò)散層，其中，所述陽(yáng)極和陰極為權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)定義的用于燃料電池的電極。
12.一種燃料電池，其包括電堆，其具有一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求11定義的膜電極組件和設(shè)置在所述膜電極組件之間的隔板；用于向所述電堆提供燃料的燃料提供單元；和用于向所述電堆提供氧化劑的氧化劑提供單元。
全文摘要
一種用于燃料電池的電極包括與具有槽的隔板接觸的氣體擴(kuò)散層以及設(shè)置在氣體擴(kuò)散層和電解質(zhì)膜之間的催化劑層。電極的催化劑層有具有不同親水性的兩部分。催化劑層面對(duì)著槽的部分與不面對(duì)著槽的部分相比具有更高的親水性。這種電極可以根據(jù)位置不同而控制催化劑層的親水性，因此能夠以適當(dāng)?shù)姆绞奖３蛛姌O里水分的量，由此提高電池的性能。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101911351SQ200880123159
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者李昶松, 李源鎬, 鄭盛旭, 金赫 申請(qǐng)人:Lg化學(xué)株式會(huì)社