一种燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，将催化剂、分散溶剂、高分子离聚物、增稠剂、表面活性剂按照一定质量比的配比配置浆料，得到浆料混合液；将浆料混合液先后置于超声分散仪和高剪切乳化机，重复操作进行浆料预分散，得到浆料预分散液；然后将浆料预分散液置于高压均质机中进行分散，得到催化剂浆料。本方案通过催化剂浆料组分及分散工艺进行优化创新，构筑了更有效的三相界面，使制得的膜电极性能有了较明显提升同时也缩短了制浆时间，提升了浆料制备的生产效率，有利于批量化生产。量化生产。量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池膜电极浆料制备领域，具体涉及一种燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是以聚合物为电解质，一般以铂碳作为催化剂，氢气为燃料，空气或纯氧作为氧化剂，将化学能转化为电能的装置。其排出物除了水以外无任何其他有害物质，而且其还具有转化效率高、功率密度高亦可可低温运行等优点。在汽车动力电源、固定式电源、电子设备可移动等领域有比较广泛的应用前景。
[0003]膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，是氢氧发生电化学反应的场所。其性能和寿命严重影响着整个电池的性能和寿命。膜电极主要由质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极气体扩散层、阴极气体扩散层组成。质子交换膜起到隔绝阴阳极反应气体并同时将阳极产生的质子传递到阴极。阳极催化层是氢气发生氧化反应产生电子和质子的场所，阴极催化层是氧气发生还原反应并与阳极传递来的质子结合生成水的场所。阳极气体扩散层将均匀的分配到阳极催化层上并将阳极催化层产生的电子传递出去。阴极气体扩散层将反应气体均匀分配到阴极催化层，将阳极传递过来的电子传递到阴极催化层并将阴极催化层产生的水排出去。
[0004]如上所述，膜电极阴阳极催化层是氢气和氧气在此发生电化学反应的场所，而阴阳极催化层则是由分散好的催化剂浆料通过喷涂或涂布的方式附着在质子交换膜上烘干而成的。因此催化层中催化剂的形态分布对反应效率有着重要的影响。怎样能够让催化层中的催化剂有效区域尽可能暴露出来构筑更有效的三相界面，是目前催化剂浆料配方和分散工艺急需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的缺陷，提出一种燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，通过催化剂浆料组分及分散工艺进行优化创新，构筑了更有效的三相界面。
[0006]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤A、将催化剂、分散溶剂、高分子离聚物、增稠剂、表面活性剂按照质量比为1:(30～40):(0.1～0.5):(5～10):(0.5～1)的配比配置浆料，得到浆料混合液；
[0008]步骤B、将浆料混合液先后置于超声分散仪中超声和高剪切乳化机中剪切，如此反复多次进行浆料预分散，得到浆料预分散液；
[0009]步骤C、将浆料预分散液置于高压均质机中进行分散，催化剂浆料。
[0010]进一步的，所述步骤A中，燃料电池膜电极催化剂浆料组分包括催化剂 (1％—20％wt.)、分散溶剂(50％—90％wt.)、离聚物(1％—10％wt.)、增稠剂 (0％—10％wt.)、非离子氟碳表面活性剂(0％—2％wt.)。
[0011]进一步的，所述催化剂包括阳极催化剂和阴极催化剂；
[0012]阳极催化剂包括Pt/C、PtCo/C、PtRu/C、PtNi/C、PtIr/C、PtCoM/C、PtNiM/C催化剂中的一种或多种，或采用用于氢燃料电池阳极的非贵金属催化剂或非金属催化剂；
[0013]阴极催化剂包括Pt/C、PtCo/C、PtNi/C、PtCoM/C、PtNiM/C催化剂中的一种或多种，或采用用于氢燃料电池阴极的非贵金属催化剂或非金属催化剂。
[0014]进一步的，所述分散溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇、氮氮二甲基甲酰胺、甲苯等溶剂中一种或多种。
[0015]进一步的，所述高分子离聚物包括PTFE、短支链全氟磺酸树脂、长支链全氟磺酸树脂等全氟、偏氟或非氟磺酸树脂其中的一种或多种。
[0016]进一步的，所述增稠剂包括乙二醇、丙三醇、海藻酸钠、明胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠等其中的一种或多种。
[0017]进一步的，所述表面活性剂包括硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、季铵化物、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、非离子氟碳表面活性剂等其中的一种或多种。
[0018]进一步的，所述步骤B中，在超声分散仪中超声时间为1
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10min，在高剪切乳化机中剪切时间为1
‑
10min，反复次数为1
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20次。
[0019]进一步的，所述步骤C中，分散压力为1
‑
1000bar、分散时间1
‑
30min、分散温度0
‑
30℃。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0021](1)增加了浆料预分散步骤，以有效防止催化剂和全氟磺酸树脂团聚粘附在容器壁或管道壁上从而造成均质分散不充分；
[0022](2)同时采用高压均质机对浆料进行分散，较目前现有磁力搅拌和超声工艺可使浆料分散更加均匀而且极大缩短了分散的时间；
[0023](3)另外，在催化剂浆料配方中引入了非离子氟碳表面活性剂，非离子氟碳表面活性剂其极性基通常由一定数量的含氧醚键和/或羟基构成,含氧醚键通常为聚氧乙烯基(polyoxyethylene)链或聚氧乙烯基片段或聚氧丙烯基(polyox—propylene)片段组成，这些极性基的长度是可以调节的，极性基长度的改变可改变非离子氟碳表面活性剂的亲水亲油平衡(Hy
‑
drophileLipophileBalance，即HLB)值，在非离子氟碳表面活性剂的作用下能够促进全氟磺酸树脂在分散剂中更好的分散，从而使其更均匀的包裹在催化剂上，进而可以形成更多有效的活性位点；
[0024](4)本方案使制得的膜电极性能有了较明显提升同时也缩短了制浆时间，提升了浆料制备的生产效率，有利于批量化生产。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实例1
‑
3与对比例1所制得膜电极的极化曲线示意图；
[0026]图2为本专利技术实例1所制得CCM的扫描电镜照片；
[0027]图3为对比例1所制得CCM的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0028]为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开的具体实施例。
[0029]本实施例提出一种燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法，通过以下步骤实现：
[0030]步骤A、将催化剂、分散溶剂、高分子离聚物、增稠剂、表面活性剂按照质量比为1:(30～40):(0.1～0.5):(5～10):(0.5～1)的配比配置浆料，得到浆料混合液；
[0031]步骤B、将浆料混合液先后置于超声分散仪中超声1
‑
10min，置于高剪切乳化机中剪切1
‑
10min，如此反复1
‑
20次进行浆料预分散，最终得到浆料预分散液；
[0032]步骤C、将浆料预分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将催化剂、分散溶剂、高分子离聚物、增稠剂、表面活性剂按照质量比为1:(30～40):(0.1～0.5):(5～10):(0.5～1)的配比配置浆料，得到浆料混合液；步骤B、将浆料混合液先后置于超声分散仪中超声和高剪切乳化机中剪切，如此反复多次进行浆料预分散，得到浆料预分散液；步骤C、将浆料预分散液置于高压均质机中进行分散，催化剂浆料。2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法，其特征在于：所述步骤A中，燃料电池膜电极催化剂浆料组分包括催化剂(1％—20％wt.)、分散溶剂(50％—90％wt.)、离聚物(1％—10％wt.)、增稠剂(0％—10％wt.)、非离子氟碳表面活性剂(0％—2％wt.)。3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法，其特征在于：所述催化剂包括阳极催化剂和阴极催化剂；阳极催化剂包括Pt/C、PtCo/C、PtRu/C、PtNi/C、PtIr/C、PtCoM/C、PtNiM/C催化剂中的一种或多种，或采用用于氢燃料电池阳极的非贵金属催化剂或非金属催化剂；阴极催化剂包括Pt/C、PtCo/C、PtNi/C、PtCoM/C、PtNiM/C催化剂中的一种或多种，或采用用于氢燃料电池阴极的非贵金属催化剂或非金属催化剂。4.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂浆料制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳平，朱维，祝传贺，陈壮，尚颖超，沈军，
申请(专利权)人：海卓动力上海能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：