聚合物电解质燃料电池中的电极的制造方法和电极技术

技术编号:21119397 阅读:21 留言:0更新日期:2019-05-16 10:08
本发明专利技术涉及一种用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造方法以及由该方法制造的电极,该方法可以通过使两种类型的阳离子交换树脂顺序地与催化剂接触,使催化剂粉末化并且将具有包括核和两层或更多层壳的多层结构的催化剂结合到用于燃料电池的电极中来提高用于燃料电池的电极的性能和将物质转移到电极中的能力。

Electrode Manufacturing Method and Electrode in Polymer Electrolyte Fuel Cell

【技术实现步骤摘要】
聚合物电解质燃料电池中的电极的制造方法和电极相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月2日提交的申请号为10-2017-0145187的韩国专利申请的优先权,其通过引用并入本文。
本专利技术涉及燃料电池,并且特别地,涉及一种聚合物电解质燃料电池中的电极的制造方法和使用该方法的电极。
技术介绍
传统上,为了制作用于燃料电池的电极,使用阳离子交换树脂、催化剂和溶剂来制备催化剂浆料。然而,由于使用一种类型的阳离子交换树脂,在燃料电池的操作期间,根据温度条件和湿度条件,阳离子交换树脂无法持续均匀地接触催化剂,并且对物质输送的阻力不利地增大。在该方面,公开号为2007-9718、2008-31828和2012-135691的韩国专利公开了使用具有包括核和壳的多层结构的导电纳米颗粒制造电极的方法。然而,不利的是,这样的方法不能使阳离子交换树脂持续均匀地接触催化剂并且将物质转移到电极中的功能被恶化。因此,仍然需要开发可以提高燃料电池的性能并且提高进入电极中的物质转移的功能的用于燃料电池的电极的制造方法以及通过该方法制造的电极。由于在本
技术介绍
部分中公开的以上信息仅用于增强对本专利技术的
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的理解,因此其可以包含不形成本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
在一个实施例中,用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造方法包括通过混合第一阳离子交换树脂、金属催化剂和溶剂形成第一混合物。方法进一步包括使第一混合物粉末化以制备包括涂覆有第一阳离子交换树脂的金属催化剂的第一催化剂粉末。方法进一步包括通过混合第一催化剂粉末、第二阳离子交换树脂和溶剂形成第二混合物。方法进一步包括将第二混合物粉末化以制备具有核和两层或更多层壳并且涂覆有第二阳离子交换树脂的催化剂粉末。方法进一步包括将具有核和两层或更多层壳的催化剂粉末与溶剂混合以制备催化剂浆料。方法进一步包括涂覆催化剂浆料以制备电极。在另一实施例中,用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造方法包括提供包括第一阳离子交换树脂、金属催化剂和溶剂的混合物的第一混合物。金属催化剂涂覆有第一阳离子交换树脂以制备第一催化剂粉末。提供包括第一催化剂粉末、第二阳离子交换树脂和溶剂的混合物的第二混合物。第二混合物被粉末化以制备具有核和两层或更多层壳并且涂覆有第二阳离子交换树脂的第二催化剂粉末。第二阳离子交换树脂的当量小于第一阳离子交换树脂的当量。将第二催化剂粉末与溶剂混合以制备催化剂浆料。催化剂浆料被用于制备电极。并且,在另一方面中,本专利技术提供一种由以上方法制造的用于燃料电池的聚合物电解质电极。下面讨论本专利技术的其它方面和优选实施例。附图说明现在将参照附图中所示的某些示例性实施例来详细描述本专利技术的以上和其它特征,附图在下文中仅以说明的方式给出并且因此不限制本专利技术,并且其中:图1是说明根据本专利技术的用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造工艺的流程图;以及图2示出使用根据本专利技术的示例和比较示例制造的电极的测试示例的单电池性能。具体实施方式本专利技术致力于解决与现有技术相关的上述问题。因此,本专利技术人基于以下发现完成了本专利技术:在用于燃料电池的聚合物电解质电极的制备中,当在使阳离子交换树脂与催化剂接触的同时使用喷雾干燥器粉末化的催化剂与溶剂混合以制备催化剂浆料并且催化剂浆料被用于制备电极时,阳离子交换树脂可以均匀地接触电极中的催化剂,并且用于燃料电池的电极的性能可以提高。另外,可以看出,通过顺序地接触两种或更多种类型的阳离子交换树脂,电极中催化剂和阳离子交换树脂的结构可以被容易地控制并且将物质转移到电极中的能力可以因此而提高。本专利技术涉及一种用于燃料电池的高分子电解质电极的制造方法以及由该方法制造的电极,该方法可以通过顺序地使两种类型的阳离子交换树脂与催化剂接触,使催化剂粉末化并且将具有包括核和两层或更多层壳的多层结构的催化剂结合到用于燃料电池的电极中来提高用于燃料电池的电极的性能和将物质转移到电极中的能力。因此,本专利技术的实施例提供一种用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造方法。并且,本专利技术的另一实施例提供一种由该方法制造的用于燃料电池的聚合物电解质电极。本专利技术的实施例不限于上述的那些内容。本专利技术的实施例将从以下描述中清楚地理解并且可以通过权利要求书及其组合中限定的手段来实施。上述实施例和其它实施例、特征及优点将从参照附图的以下优选实施例中清楚地理解。然而,本专利技术不限于这些实施例并且将以不同的形式来实现。实施例表明仅提供对公开的内容的全面和完整的理解并且充分地告知本领域技术人员本专利技术的技术构思。在对附图的整个描述中,相同的数字指代相同的元件。在附图中,为了清楚起见,结构的尺寸被夸大。将理解的是,虽然可以在本文中使用术语第一、第二等来描述各种元件,但是这些元件不应当被这些术语所限制并且仅用于区分一个元件和另一个元件。例如,在由本专利技术限定的范围内,第一元件可以被称为第二元件,并且类似地,第二元件可以被称为第一元件。除非上下文另有明确说明,否则单数形式也旨在包括复数形式。将进一步理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“具有”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在,但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或添加。另外,将理解的是,当诸如层、膜、区域或衬底的元件被称为“在”另一元件“上”时,该元件可以直接在其它元件上或者还可以存在中间元件。还将理解的是,当诸如层、膜、区域或衬底的元件被称为“在”另一元件“下”时,该元件可以直接在其它元件下或者还可以存在中间元件。除非上下文另有明确说明,否则本说明书中使用的表示成分、反应条件、聚合物组成和混合物的量的所有数量、值和/或表达式都是反映在获得这些值等方面固有发生的测量的各种不确定性的近似值。为此原因,应当理解的是,在所有情况下,术语“约”应当修饰所有的数字、值和/或表达式。另外,当在说明书中公开数量范围时,除非另有限定,否则这些范围是连续的并且包括从最小值到包括在范围内的最大值的最大值的所有数量。此外,当范围被称为整数时,除非另有限定,否则该范围包括从最小值到包括在范围内的最大值的最大值的所有整数。应当理解的是,在说明书中,当范围是关于参数时,参数涵盖包括在范围内公开的端点的所有数字。例如,“5至10”的范围包括5、6、7、8、9和10的数字,以及诸如6至10、7至10、6至9和7至9的范围任意的子范围,以及落在范围内的适当整数之间的任何数字,诸如5.5、6.5、7.5、5.5至8.5和6.5至9。另外,例如,“10%至30%”的范围涵盖包括诸如10%、11%、12%和13%的数字的所有整数,和多达30%的所有整数,和10%至15%、12%至18%或20%至30%的任何子范围,以及落在范围内的适当整数之间的任何数字,诸如10.5%、15.5%和25.5%。本专利技术的实施例提供一种用于燃料电池的电极的制造方法,该方法包括将两种或更多种类型的阳离子交换树脂与催化剂顺序地混合,使用喷雾干燥器使混合物粉末化,将所得的具有核和两层或更多层壳的催化剂粉末与溶剂混合以制备催化剂浆料,并且制备电极以提高用于燃料电池的电极的性能。通过顺序地使两种类型的阳离子交换树脂与金属催化剂接触,可以制备具有包括核和两层或更多层壳的多层结构的催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造方法,所述方法包括:通过混合第一阳离子交换树脂、金属催化剂和溶剂形成第一混合物;使所述第一混合物粉末化以制备包括涂覆有所述第一阳离子交换树脂的金属催化剂的第一催化剂粉末;通过混合所述第一催化剂粉末、第二阳离子交换树脂和溶剂形成第二混合物;使所述第二混合物粉末化以制备具有核和两层或更多层壳并且涂覆有所述第二阳离子交换树脂的催化剂粉末;将具有核和两层或更多层壳的所述催化剂粉末与溶剂混合以制备催化剂浆料;以及使用所述催化剂浆料涂覆以制备电极。

【技术特征摘要】
2017.11.02 KR 10-2017-01451871.一种用于燃料电池的聚合物电解质电极的制造方法,所述方法包括:通过混合第一阳离子交换树脂、金属催化剂和溶剂形成第一混合物;使所述第一混合物粉末化以制备包括涂覆有所述第一阳离子交换树脂的金属催化剂的第一催化剂粉末;通过混合所述第一催化剂粉末、第二阳离子交换树脂和溶剂形成第二混合物;使所述第二混合物粉末化以制备具有核和两层或更多层壳并且涂覆有所述第二阳离子交换树脂的催化剂粉末;将具有核和两层或更多层壳的所述催化剂粉末与溶剂混合以制备催化剂浆料;以及使用所述催化剂浆料涂覆以制备电极。2.根据权利要求1所述的方法,其中通过在80℃至200℃的温度下使用喷雾干燥器使所述第一混合物粉末化并且使所述第二混合物粉末化。3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一阳离子交换树脂或所述第二阳离子交换树脂选自由聚砜树脂、聚醚酮树脂、聚醚树脂、聚酯树脂、聚苯并咪唑树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯醚树脂和全氟磺酸树脂构成的组。4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一阳离子交换树脂是具有750或更高的当量的聚砜树脂并且所述第二阳离子交换树脂是具有700或更低的当量的聚砜树脂。5.根据权利要求1所述的方法,其中所述金属催化剂包括选自由铂、钯、铱、铑、金、银、钴和镍构成的组的元素。6.根据权利要求1所述的方法,其中通过喷涂、棒式涂覆或夹缝式挤压涂覆在离型纸或电解质膜上直接地涂覆所述催化剂浆料来制备所述电极。7.根据权利要求6所述的方法,其中所述离型纸包括选自由聚萘二甲酸乙二醇酯,即PEN、聚对苯二甲酸乙二醇酯,即PET、和聚四氟乙烯,即PTFE构成的组的膜。8.根据权利要求1所述的方法,进一步包括通过将所述电极转移到电解质膜并且热压来形成膜电极组件,即MEA。9.根据权利要求1所述的方法,其中将所述电极直接地涂覆在电解质膜上。10.根据权利要求1所述的方法,进一步包括使用搅拌器、分散器或超声波分散器来分散所述第一混合物,其中粉末化所述第一混合物包括使用喷雾干燥器来干燥分散的第一混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵润焕薛琇元梁智勋金荣泽孙大龙
申请(专利权)人:现代自动车株式会社起亚自动车株式会社
类型:发明
国别省市:韩国,KR

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