阳极催化剂浆料及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池技术

本发明专利技术涉及一种阳极催化剂浆料，包括如下组分：主体催化剂、第一离聚物包覆的抗反极催化剂、第二离聚物及溶剂。通过将抗反极催化剂采用离聚物包覆的形式添加，有效降低了抗反极催化剂对主体催化剂的屏蔽效应，减少了阳极催化剂对氧化还原反应的催化活性的降低，从而增强了膜电极组件的功率密度，延长了质子交换膜燃料电池抗反极的时间。燃料电池抗反极的时间。燃料电池抗反极的时间。

【技术实现步骤摘要】
阳极催化剂浆料及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种阳极催化剂浆料及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)，也叫聚合物电解质燃料电池(PEFC)、同体聚合物燃料电池(SPFC)或固体聚合物电解质燃料电池(SPEFC)，具有高功率密度和能量转换效率，能够在低温下启动，并且环境友好，被视为电动汽车的理想动力源。然而，燃料电池汽车在实际运行过程中的频繁启停、操作失误等导致的变载过快、流场问题、控制模块故障问题，会引起阳极欠气，此时单电池电压极低甚至变为负值，电池的阳极电势反而比阴极电势高，即发生所谓的“反极”，从而加速燃料电池的衰减。当电池缺氢气时，无法发生氧化反应释放电子和质子；为了维持电荷平衡，阳极催化层中的其它物质会发生氧化反应，从而产生质子和释放电子。在阳极高电位时，在热力学上，碳腐蚀反应的电位比水电解反应的电位低，即在热力学上碳腐蚀反应优先发生；而从动力学上，水电解反应比碳腐蚀反应快，即在动力学上水电解反应优先发生。但是，即使水电解反应优先发生，一段时间后，随着阳极催化层中水含量的大量降低，水电解反应无法维持电荷平衡时，阳极电位继续升高，此时催化层内的碳载体甚至气体扩散层会发生氧化反应提供质子和电子，会对电池的性能会造成不可逆性破坏，严重影响燃料电池的性能和耐久性。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供了一种阳极催化剂浆料及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池，该阳极催化剂浆料分散均匀。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下。
[0005]一种阳极催化剂浆料，包括如下组分：主体催化剂、第一离聚物包覆的抗反极催化剂、第二离聚物及溶剂。
[0006]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述第一离聚物和所述第二离聚物的EW值均为720～820。
[0007]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述第一离聚物包覆的抗反极催化剂中，抗反极催化剂与第一离聚物的质量比为1:(0.6～2.4)。
[0008]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述抗反极催化剂选自氧化铱、铱黑、氧化钌、钌黑和铱钌合金中的至少一种。
[0009]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述主体催化剂选自铂碳和铂合金碳中的至少一种。
[0010]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述抗反极催化剂中金属元素与所述主体催化剂中铂元素的质量比为(0.01～0.2):1。
[0011]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述第二离聚物与所述主体催化剂中
碳的质量比为(0.8～2.8):1。
[0012]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述第一离聚物和所述第二离聚物均为全氟磺酸树脂。
[0013]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料中，所述阳极催化剂浆料中还含有吸水剂。
[0014]本专利技术提供了一种阳极催化剂浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将如上所述的阳极催化剂浆料中所述的抗反极催化剂与所述第一离聚物的溶液进行第一混合分散，静置自组装，过滤取固体，干燥，制得所述第一离聚物包覆的抗反极催化剂；
[0016]将所述主体催化剂、所述第一离聚物包覆的抗反极催化剂、所述第二离聚物与溶剂进行第二混合分散，得所述阳极催化剂浆料。
[0017]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料的制备方法中，所述第一离聚物的溶液的浓度为0.1wt％～1wt％。
[0018]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料的制备方法中，所述第一混合分散和/或第二混合分散为剪切分散；所述第一混合分散的剪切分散的速率为10000r/min～30000r/min，时间为10min～20min；所述第二混合分散的切分散的速率为10000r/min～30000r/min，时间为20min～40min。
[0019]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料的制备方法中，所述静置自组装的时间为6h～24h；所述干燥为冷冻干燥。
[0020]在其中一些实施例中，阳极催化剂浆料的制备方法中，所述冷冻干燥的温度为
‑
10℃～
‑
50℃，时间为24h～48h。
[0021]本专利技术提供了一种催化剂涂层膜，包括阳极催化层、阴极催化层和质子交换膜，所述阳极催化层和所述阴极催化层设于所述质子交换膜的两侧，所述阳极催化层包括如下组分：主体催化剂、第一离聚物包覆的抗反极催化剂及第二离聚物。
[0022]本专利技术提供了一种膜电极组件，包括气体扩散层和如上所述的催化剂涂层膜，所述催化剂涂层膜中的所述阳极催化层和所述阴极催化层远离所述质子交换膜的一侧均设有所述气体扩散层。
[0023]本专利技术提供了一种燃料电池，包括阳极板、阴极板和如上所述的膜电极组件，所述阳极板和所述阴极板设于所述膜电极组件的两侧。
[0024]与现有技术相比较，本专利技术的阳极催化剂浆料具有如下有益效果：
[0025]本专利技术提供的阳极催化剂浆料，通过将抗反极催化剂采用离聚物包覆的形式添加，由于该抗反极催化剂表面包覆有离聚物膜，将离聚物包覆的抗反极催化剂与主体催化剂、第二离聚物和溶剂分散时，抗反极催化剂在浆料中的分散稳定性得到提高；同时有效降低了抗反极催化剂对主体催化剂的屏蔽效应，减少了阳极催化剂对氧化还原反应的催化活性的降低，从而增强了膜电极组件的功率密度，延长了质子交换膜燃料电池抗反极的时间。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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他的附图。
[0027]图1为实施例1制备得到的离聚物包覆的抗反极催化剂浆液放置2h后的状态图；
[0028]图2为对比例1制备得到的无离聚物包覆的抗反极催化剂浆液放置2h后的状态图。
具体实施方式
[0029]以下结合具体实施例对本专利技术的阳极催化剂浆料及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0031]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳极催化剂浆料，其特征在于，包括如下组分：主体催化剂、第一离聚物包覆的抗反极催化剂、第二离聚物及溶剂。2.如权利要求1所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述第一离聚物和所述第二离聚物的EW值均为720～820。3.如权利要求1所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述第一离聚物包覆的抗反极催化剂中，抗反极催化剂与第一离聚物的质量比为1:(0.6～2.4)。4.如权利要求3所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述抗反极催化剂选自氧化铱、铱黑、氧化钌、钌黑和铱钌合金中的至少一种；和/或所述主体催化剂选自铂碳和铂合金碳中的至少一种。5.如权利要求4所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述抗反极催化剂中金属元素与所述主体催化剂中铂元素的质量比为(0.01～0.2):1。6.如权利要求4所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述第二离聚物与所述主体催化剂中碳的质量比为(0.8～2.8):1。7.如权利要求1～6任一项所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述第一离聚物和所述第二离聚物均为全氟磺酸树脂。8.如权利要求1～6任一项所述的阳极催化剂浆料，其特征在于，所述阳极催化剂浆料中还含有吸水剂。9.一种阳极催化剂浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将如权利要求1～8任一项所述的阳极催化剂浆料中的所述抗反极催化剂与所述第一离聚物的溶液进行第一混合分散，静置自组装，过滤取固体，干燥，制得所述第一离聚物包覆的抗反极催化剂；将所述主体催化剂、所述第一离聚物包覆的抗反极催化剂、所述第二离聚物与溶剂进行第二混合分散，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐柳，于力娜，张中天，吴芳敏，朱雅男，王绍杉，马亮，杨帅，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：