The invention relates to the technical field of new energy batteries, and specifically proposes a method for large-scale continuous preparation of ordered catalytic layer of membrane electrodes. The catalytic layer is prepared by modifying polytetrafluoroethylene fibers with nano-catalysts, then melting extrusion and calendering with perfluorosulfonic acid resin and carbon fibers to form catalyst membrane embryos, and finally heating and longitudinal stretching. The membrane electrode catalytic layer prepared by the method provided by the invention not only has excellent toughness and strength, but also has orderly arrangement of carbon fibers and catalysts in the form of fibers, which provides a channel for electron and proton transmission. At the same time, the micro-channel for gas and water transmission is retained after pasting the proton exchange membrane, which improves the catalytic activity and durability, and the preparation method is simple and easy to control, and is easy to be connected on a large scale. Continue production.
【技术实现步骤摘要】
一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的方法
本专利技术涉及新能源电池
,特别涉及燃料电池
,具体涉及一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的方法。
技术介绍
氢燃料电池是一种能够将储存在燃料(氢气)和氧化剂(空气中的氧气)中的化学能直接转换为电能的能量转换装置,其基本工作原理就是电解水的逆过程。其中,质子交换膜燃料电池也称为聚合物电解质膜燃料电池,是一种新兴、高效、环境友好的能源转换应用电池,在运输、固定以及可移动电源领域应用广泛。质子交换膜燃料中,膜电极是决定质子交换膜燃料电池性能的关键因素之一,膜电极由质子交换膜和电极组成。质子交换膜起着传递质子与分隔燃料气和氧化剂的作用,是一种具有选择性的高聚合物膜。电极通常分为两层,即催化剂层和气体扩散层。膜电极的性能除了对质子交换膜、气体扩散层、催化剂要求高以外,如何进行结构组装以及建立良好的界面效果对膜电极的电化学性能起到了很重要的作用。根据已有报道,在膜电极的载体结构中引入有序化的界面,对膜电极中的电荷和物质传输有着重要的作用,在质子交换膜界面有序化的催化剂、质子传导体、导电体对提高质子交换、透气性、排水性、催化效率均有作用。然而现有催化剂有序化技术有限,工艺复杂,规模化稳定生产存在瓶颈。中国专利技术专利申请号201710438811.3公开了一种有序化纳米纤维膜电极及其制备方法,该膜电极是由离子交换膜以及位于该离子交换膜两侧的催化层组成;位于离子交换膜两侧的催化层均为有序化纳米纤维催化层或者一侧为传统催化层、另一侧为有序化纳米纤维催化层;该膜电极的制备方法包括:先通过静电纺丝制备含催化剂、离子聚合 ...
【技术保护点】
1.一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的方法,其特征在于,所述催化层是由纳米催化剂改性聚四氟乙烯纤维,然后与全氟磺酸树脂、碳纤维混合熔融挤出并压延制成催化剂膜胚,最后进行加热并纵向拉伸而制得,具体制备方法如下:(1)将纳米催化剂加入Nafion溶液中,超声分散均匀,然后加入聚四氟乙烯纤维,充分搅拌,使催化剂完全粘附在聚四氟乙烯纤维上,接着利用流化床干燥,得到改性聚四氟乙烯纤维;(2)将改性聚四氟乙烯纤维与全氟磺酸树脂、碳纤维混合均匀,然后送入密炼机进行混炼,接着经螺杆熔融挤出、压延成膜,得到催化剂膜胚;(3)将催化剂膜胚先进行预热,再沿纵向进行拉伸,使催化剂膜胚薄层化,同时粘附催化剂的聚四氟乙烯纤维、碳纤维在拉伸作用下定向排例,收集,即得燃料电池膜电极有序化催化层。
【技术特征摘要】
1.一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的方法,其特征在于,所述催化层是由纳米催化剂改性聚四氟乙烯纤维,然后与全氟磺酸树脂、碳纤维混合熔融挤出并压延制成催化剂膜胚,最后进行加热并纵向拉伸而制得,具体制备方法如下:(1)将纳米催化剂加入Nafion溶液中,超声分散均匀,然后加入聚四氟乙烯纤维,充分搅拌,使催化剂完全粘附在聚四氟乙烯纤维上,接着利用流化床干燥,得到改性聚四氟乙烯纤维;(2)将改性聚四氟乙烯纤维与全氟磺酸树脂、碳纤维混合均匀,然后送入密炼机进行混炼,接着经螺杆熔融挤出、压延成膜,得到催化剂膜胚;(3)将催化剂膜胚先进行预热,再沿纵向进行拉伸,使催化剂膜胚薄层化,同时粘附催化剂的聚四氟乙烯纤维、碳纤维在拉伸作用下定向排例,收集,即得燃料电池膜电极有序化催化层。2.根据权利要求1所述的一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的方法,其特征在于,步骤(1)中所述纳米催化剂为粒径为5-10nm的Pt/C催化剂微粒。3.根据权利要求1所述的一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的方法,其特征在于,步骤(1)中所述Nafion溶液为常用杜邦公司生产的Nafion溶液,型号为D117、D520、D1020、D2020中的一种,质量浓度为5%或10%。4.根据权利要求1所述的一种规模化连续制备膜电极有序化催化层的...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈庆,曾军堂,
申请(专利权)人:成都新柯力化工科技有限公司,
类型:发明
国别省市:四川,51
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