南通大学;苏州大学钱涛获国家专利权
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龙图腾网获悉南通大学;苏州大学申请的专利一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120933409B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511455595.4,技术领域涉及:H01M8/1004;该发明授权一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极是由钱涛;刘思鸶;何炎铮;程启阳;王梦凡设计研发完成,并于2025-10-13向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极在说明书摘要公布了:本发明涉及新能源材料技术领域,公开了一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极。本发明一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极,包括:交换膜、阳极催化层、阴极催化层和气体扩散层;其中,所述阳极催化层和阴极催化层具有从交换膜侧到气体扩散层侧的梯度孔径分布;其中,所述阳极催化层和阴极催化层内部具有三维互穿网络结构。本发明提高了催化剂利用率30~50%,降低了传质阻力40~60%,改善了界面接触,提高了制备工艺可控性,增强了结构稳定性,使直接氨燃料电池的功率密度达到250~300mWcm22,循环5000次后性能保持率可达85%以上,具有显著的技术优势和应用前景。
本发明授权一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极在权利要求书中公布了:1.一种梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极,其特征在于,包括:交换膜、阳极催化层、阴极催化层和气体扩散层; 其中,所述阳极催化层和阴极催化层具有从交换膜侧到气体扩散层侧的梯度孔径分布,包括: 靠近交换膜侧的微孔结构,孔径为1~5μm; 中间区域的介孔结构,孔径为5~20μm; 靠近气体扩散层侧的大孔结构,孔径为20~50μm; 其中,所述阳极催化层和阴极催化层内部具有三维互穿网络结构,包括: 催化剂网络,形成连续的电子传导通道; 离子传导网络,形成连续的离子传导通道; 气体传输网络,形成连续的气体传输通道; 所述梯度多孔三维互穿网络直接氨燃料电池膜电极的制备方法,包括以下步骤: 1、交换膜表面功能化处理 将交换膜置于功能化试剂中,表面功能化处理,在交换膜表面引入功能化基团作为催化剂生长的锚点; 2、过渡层制备 在步骤1表面功能化处理后的交换膜表面采用精确沉积技术沉积含有离子传导聚合物和阳极催化剂前驱体的混合溶液,形成过渡层; 3、催化剂前驱体精确沉积 采用改进的喷墨打印或超声雾化技术,在步骤2得到的过渡层表面依次精确沉积含有阳极催化剂前驱体和阴极催化剂前驱体的墨水,实现催化剂前驱体精确沉积; 4、原位还原生长 将步骤3得到的沉积有催化剂前驱体的交换膜置于还原剂中,原位还原,使得催化剂前驱体在预设位置生长,形成与交换膜紧密结合的阳极催化层和阴极催化层; 5、梯度孔径结构形成 配制三种不同粒径的聚苯乙烯微球悬浮液:用于靠近交换膜侧的聚苯乙烯微球悬浮液、用于中间区域的聚苯乙烯微球悬浮液和用于靠近气体扩散层侧的聚苯乙烯微球悬浮液;采用逐层浸渍法,先将催化剂层浸渍在用于靠近交换膜侧的聚苯乙烯微球悬浮液中,干燥后再浸渍在用于中间区域的聚苯乙烯微球悬浮液中,最后浸渍在用于靠近气体扩散层侧的聚苯乙烯微球悬浮液中;浸渍深度逐层递减,形成梯度分布;浸渍完成后,在350℃下热处理1h,去除聚苯乙烯微球,形成梯度孔径分布的多孔结构; 6、三维互穿网络构建 配制含有20wt.%Nafion溶液和10wt.%碳纳米管的混合溶液,采用喷涂法均匀涂覆在多孔催化剂层上;通过控制Nafion和碳纳米管的比例和分布,构建催化剂网络、离子传导网络和气体传输网络的三维互穿结构; 7、梯度疏水性处理 对阴极催化层表面进行梯度疏水性处理,使其从交换膜侧到气体扩散层侧疏水性逐渐增强; 8、气体扩散层组装 将处理好的气体扩散层与步骤7处理结束后的催化剂层通过热压方式组装,形成完整的膜电极。
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