粒度均一性、分散性好的催化剂浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术特别涉及粒度均一性、分散性好的催化剂浆料及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域，催化剂浆料包括：催化剂本体、浸润液、异丙醇、全氟表面活性剂和nafion溶液，所述催化剂本体为Pt/C催化剂；全氟表面活性剂的加入不仅能够使表面活性剂充分在水/异丙醇体系中混合，并且根据相似相溶原理，全氟的表面活性剂与全氟的nafion溶液也具有优异的互溶性。这样能显著地增强浆料中各体系溶液的混合程度。并且该添加剂的低极性、低表面能使得它极其稳定，能够一直在催化剂浆料体系中稳定存在，延长催化剂浆料的稳定时间。长催化剂浆料的稳定时间。长催化剂浆料的稳定时间。

【技术实现步骤摘要】
粒度均一性、分散性好的催化剂浆料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及粒度均一性、分散性好的催化剂浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢能是一种干净、便捷的清洁能源，质子交换膜燃料电池就是一种以氢能为原料的能源供给技术，它以氢气与空气为燃料，具有较大的功率密度，并且产物只有水。这种电池能够使氢、空气在较容易的条件下发生化学反应主要是由于催化剂的使用。目前，催化剂一般采用Pt/C催化剂，质子交换膜燃料电池的制造工艺一般是将催化剂通过溶剂分散，制备出分散性稳定、粒径均一的催化剂浆料，接着将催化剂浆料通过热压或是喷涂的方式将其涂覆在质子交换膜上，最后在有催化剂层的质子交换膜上加上两片碳纸，这样就得到了单片质子交换膜燃料电池。催化剂的催化活性直接影响燃料电池的输出功率密度；催化剂颗粒在分散剂中分散的越均匀，在分散剂中粒度更均一，其催化活性越好。
[0003]目前催化剂的分散方法一般是将催化剂在水与异丙醇的混合溶液中分散，再通过超声分散或球磨的方法进行加工。这种分散方式手段繁琐、且加工时间较长，效率较低，并且不能保证催化剂在后续加工过程中一直保持其稳定性。
[0004]中国专利技术专利申请CN201910949274.8一种高分散性燃料电池催化剂浆料及制备方法，其提供了一种提升催化剂浆料的分散方式，主要是利用醚化改性的聚乙烯醇添加至催化剂浆料中来提升分散性，但是这种醚化的聚合物沸点较高、在后续加工过程中难以从浆料中剔除，可能会占据催化剂的催化活性位点，从而降低催化剂的催化性能。
[0005]中国专利技术专利申请201611063880.2一种燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，该方法主要是通过加入Teflon溶液和增稠剂来提升浆料的分散性。但Teflon溶液及增稠剂的加入不仅增加了浆料中溶液体系的复杂程度，这会使浆料更易发生二次沉降，并且会使浆料中颗粒的均一性更差。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种粒度均一性、分散性好的催化剂浆料及其制备方法和应用，以解决催化剂分散性差而导致的催化剂催化效果无法完全发挥出来的问题。
[0007]本专利技术实施例提供了一种粒度均一性、分散性好的催化剂浆料，所述催化剂浆料包括：催化剂本体、浸润液、异丙醇、全氟表面活性剂和nafion溶液。
[0008]可选的，所述催化剂本体为Pt/C催化剂。
[0009]可选的，所述Pt/C催化剂与所述浸润液的质量比为1：1～10，所述异丙醇和所述浸润液的质量比为4～20：1，所述全氟表面活性剂与所述Pt/C催化剂的质量比为1～20：1，所述nafion溶液中的离聚物和所述Pt/C催化剂中的C的质量比为0.4～1.1：1。
[0010]可选的，所述全氟表面活性剂包括全氟丁基磺酰氟、全氟丁基磺酸和全氟三乙胺中的至少一种。
[0011]可选的，所述Pt/C催化剂中Pt的质量分数为47％～60％。
[0012]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种粒度均一性、分散性好的催化剂浆料的制备方法，所述方法包括：
[0013]将催化剂本体于浸润液中进行浸润，获得第一混合液；
[0014]将异丙醇加入所述第一混合液，获得第二混合液；
[0015]将全氟表面活性剂和nafion溶液加入所述第二混合液，获得第三混合液；
[0016]将所述第三混合液进行分散，获得催化剂浆料。
[0017]可选的，所述全氟表面活性剂包括全氟丁基磺酰氟、全氟丁基磺酸和全氟三乙胺中的至少一种。
[0018]可选的，所述催化剂本体为Pt/C催化剂，所述Pt/C催化剂中Pt的质量分数为47％～60％。
[0019]可选的，所述Pt/C催化剂与所述浸润液的质量比为1：1～10，所述异丙醇和所述浸润液的质量比为4～20：1，所述全氟表面活性剂与所述Pt/C催化剂的质量比为1～20：1，所述nafion溶液中的离聚物和所述Pt/C催化剂中的C的质量比为0.4～1.1：1。
[0020]可选的，所述异丙醇采用滴加的方式加入所述第一混合液，所述滴加的滴加速度为1mL/min～10mL/min。
[0021]可选的，所述分散采用超声分散，所述超声分散的温度为20℃～30℃，所述超声分散的功率为100W
‑
600W，所述超声分散的时间为30min～60min。
[0022]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种粒度均一性、分散性好的催化剂浆料的应用，所述应用包括将催化剂浆料应用于制备燃料电池用膜电极的质子交换膜及所述质子交换膜两侧的阳极催化层和阴极催化层，所述催化剂浆料包括：催化剂本体、浸润液、异丙醇、全氟表面活性剂和nafion溶液。
[0023]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0024]本专利技术实施例提供的粒度均一性、分散性好的催化剂浆料，催化剂浆料包括：催化剂本体、浸润液、异丙醇、全氟表面活性剂和nafion溶液，所述催化剂本体为Pt/C催化剂，所述Pt/C催化剂与所述浸润液的质量比为1：1～10，所述异丙醇和所述浸润液的质量比为4～20：1，所述全氟表面活性剂与所述Pt/C催化剂的质量比为1～20：1，所述nafion溶液中的离聚物和所述Pt/C催化剂中的C的质量比为0.4～1.1：1；全氟表面活性剂的加入不仅能够使表面活性剂充分在水/异丙醇体系中混合，并且根据相似相溶原理，全氟的表面活性剂与全氟的nafion溶液也具有优异的互溶性。这样能显著地增强浆料中各体系溶液的混合程度。并且该添加剂的低极性、低表面能使得它极其稳定，能够一直在催化剂浆料体系中稳定存在，延长催化剂浆料的稳定时间。
[0025]同时全氟表面活性剂均具有较低的沸点，在催化剂浆料涂覆在质子交换膜的工艺中，为了防止质子交换膜的结构不被破坏，加工温度一般不超过100摄氏度。因此，在后续加工过程中，低沸点的全氟表面活性剂不会残存在催化剂体系中，占据催化剂的活性位点，降低催化剂的性能。
[0026]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例提供的方法的流程图；
[0029]图2是本专利技术实施例1提供的催化剂颗粒分布图；
[0030]图3是本专利技术对比例1提供的催化剂颗粒分布图；
[0031]图4是本专利技术对比例2提供的催化剂颗粒分布图；
[0032]图5是本专利技术对比例3提供的催化剂颗粒分布图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粒度均一性、分散性好的催化剂浆料，其特征在于，所述催化剂浆料包括：催化剂本体、浸润液、异丙醇、全氟表面活性剂和nafion溶液，所述催化剂本体为Pt/C催化剂，所述Pt/C催化剂与所述浸润液的质量比为1：1～10，所述异丙醇和所述浸润液的质量比为4～20：1，所述全氟表面活性剂与所述Pt/C催化剂的质量比为1～20：1，所述nafion溶液中的离聚物和所述Pt/C催化剂中的C的质量比为0.4～1.1：1。2.根据权利要求1所述的粒度均一性、分散性好的催化剂浆料，其特征在于，所述全氟表面活性剂包括全氟丁基磺酰氟、全氟丁基磺酸和全氟三乙胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的粒度均一性、分散性好的催化剂浆料，其特征在于，所述Pt/C催化剂中Pt的质量分数为47％～60％。4.一种粒度均一性、分散性好的催化剂浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将催化剂本体于浸润液中进行浸润，获得第一混合液；将异丙醇加入所述第一混合液，获得第二混合液；将全氟表面活性剂和nafion溶液加入所述第二混合液，获得第三混合液；将所述第三混合液进行分散，获得催化剂浆料。5.根据权利要求4所述的粒度均一性、分散性好的催化剂浆料的制备方法，其特征在于，所述全氟表面活性剂包括全氟丁基磺酰氟、全氟丁基磺酸和全氟三乙胺中的至少一种。6.根据权利要求4所述的粒度均一...

【专利技术属性】
技术研发人员：高佳武，曹天鹏，唐雪君，周江峰，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：