【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及燃料電池，尤其是涉及一種膜電極和質子交換膜燃料電池。
技術介紹
1、目前膜電極中的氣體擴散層一般將導電炭黑與疏水劑混合均勻后，涂布到疏水處理過的支撐層(如碳紙、碳布或碳氈)表面，再經過高溫焙燒后得到一定孔徑分布同時具有一定疏水性的涂層。
2、現有的氣體擴散層僅考慮膜電極大電密排水或者低濕下保水等需求，對陽極側水氣均勻分布和避免陽極水淹鮮有涉及。當燃料電池膜電極陽極流道內局部堵水時，由于氫氣分子體積較小，無法完全將水排出，局部可能出現氫饑餓問題；膜電極內部氣體擴散層與催化層的界面處水的狀態呈分散點狀，這會導致氣體的分布不均勻，而且陽極側還面臨局部水淹，甚至出現反極，導致碳腐蝕的問題。
3、有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的之一在于提供一種膜電極，以緩解現有技術中氣體擴散層中水無法及時排出引起的膜電極性能下降的技術問題。
2、本專利技術的目的之二在于提供一種質子交換膜燃料電池。
3、為了實現本專利技術的上述目的，特采用以下技術方案：
4、本專利技術第一方面提供了一種膜電極，包括依次層疊設置的陽極氣體擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層和陰極氣體擴散層；
5、所述陽極氣體擴散層包括親水微孔層。
6、進一步地，所述陽極氣體擴散層包括依次層疊設置的親水微孔層、第一疏水微孔層和第一基底層；
7、所述陰極氣體擴散層包括依次層疊設置的第二疏水微孔層和第二
8、進一步地，所述第一基底層設置于遠離陽極催化層的一側，所述親水微孔層設置于靠近陽極催化層的一側。
9、進一步地，所述第二基底層設置于遠離陰極催化層的一側，所述第二疏水微孔層設置于靠近陰極催化層的一側。
10、進一步地，所述親水微孔層的厚度為1μm-10μm。
11、優選地，所述親水微孔層的材質包括占比為3wt.％-30wt.％親水材料和余量的第一導電固體材料。
12、優選地，所述第一疏水微孔層和所述第二疏水微孔層均由疏水材料和第二導電固體材料制成。
13、進一步地，所述第一導電固體材料和所述第二導電固體材料各自獨立的包括碳粉、碳纖維、金屬粉末、導電型高分子材料和外層鍍有導電材質的高分子材料中的至少一種。
14、優選地，所述第一導電固體材料為碳纖維。
15、優選地，所述碳纖維的長徑比為10-500。
16、進一步地，所述第一基底層和所述第二基底層各自獨立的包括碳紙、碳布、碳氈或無紡布。
17、進一步地，所述第一疏水微孔層和所述第二疏水微孔層的水接觸角各自獨立的為120°-150°。
18、優選地，所述(第一基底層+第一疏水微孔層)和所述(第二基底層+第二疏水微孔層)的面密度各自獨立的為50g/cm2-80g/cm2。
19、進一步地，所述親水材料包括聚乙烯醇，聚苯胺和全氟磺酸樹脂中的至少一種。
20、本申請第二方面提供了所述的膜電極的制備方法，包括以下步驟：
21、配置親水微孔層漿料，將所述親水材料和所述第一導電固體材料混合，加入正丙醇，分散均勻后得到所述親水微孔層漿料；
22、將所述親水微孔層漿料均勻涂覆在所述第一疏水微孔層表面，烘干后形成所述親水微孔層，得到帶有親水微孔層的陽極氣體擴散層；
23、再按照陽極氣體擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層和陰極氣體擴散層的順序壓合得到膜電極。
24、本專利技術的第三方面提供了一種質子交換膜燃料電池，包括所述的膜電極。
25、與現有技術相比，本專利技術至少具有如下有益效果：
26、本專利技術提供的膜電極，在陽極氣體擴散層中設置有親水微孔層，將陽極催化層的水第一時間經親水微孔層吸收轉移，再通過疏水微孔層轉移排出，保證了膜電極催化層與微孔層界面的水及時排出，同時使水、氣在界面處二次分布，更均勻，避免陽極側發生欠氫反極，提高了膜電極的壽命。
27、本專利技術提供的質子交換膜燃料電池，使用性能更好的膜電極，提高了質子交換膜燃料電池的性能。
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1.一種膜電極，其特征在于，包括依次層疊設置的陽極氣體擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層和陰極氣體擴散層；
2.根據權利要求1所述的膜電極，其特征在于，所述陽極氣體擴散層包括依次層疊設置的親水微孔層、第一疏水微孔層和第一基底層；所述陰極氣體擴散層包括依次層疊設置的第二疏水微孔層和第二基底層。
3.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述第一基底層設置于遠離陽極催化層的一側，所述親水微孔層設置于靠近陽極催化層的一側。
4.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述親水微孔層的厚度為1μm-10μm；
5.根據權利要求4所述的膜電極，其特征在于，所述第一導電固體材料和所述第二導電固體材料各自獨立的包括碳粉、碳纖維、金屬粉末、導電型高分子材料和外層鍍有導電材質的高分子材料中的至少一種；
6.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述第一基底層和所述第二基底層各自獨立的包括碳紙、碳布、碳氈或無紡布中一種。
7.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述第一疏水微孔層和所述第二疏水微孔層的水接觸角各自
8.根據權利要求4所述的膜電極，其特征在于，所述親水材料包括聚乙烯醇，聚苯胺和全氟磺酸樹脂中的至少一種。
9.一種權利要求4-8任一項所述的膜電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.一種質子交換膜燃料電池，其特征在于，包括權利要求1-8任一項所述的膜電極。
...【技術特征摘要】
1.一種膜電極，其特征在于，包括依次層疊設置的陽極氣體擴散層、陽極催化層、質子交換膜、陰極催化層和陰極氣體擴散層；
2.根據權利要求1所述的膜電極，其特征在于，所述陽極氣體擴散層包括依次層疊設置的親水微孔層、第一疏水微孔層和第一基底層；所述陰極氣體擴散層包括依次層疊設置的第二疏水微孔層和第二基底層。
3.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述第一基底層設置于遠離陽極催化層的一側，所述親水微孔層設置于靠近陽極催化層的一側。
4.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述親水微孔層的厚度為1μm-10μm；
5.根據權利要求4所述的膜電極，其特征在于，所述第一導電固體材料和所述第二導電固體材料各自獨立的包...
【專利技術屬性】
技術研發人員：北條竹雅，劉邵帥，劉希力，龔正偉，
申請(專利權)人：未勢能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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