一种膜电极浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种膜电极浆料及其制备方法，该膜电极浆料的制备方法包括如下：将预设份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂进行混合得到混合浆料；将混合浆料置于均质机中，启动均质机，以使均质机变速剪切方式分散混合浆料，以得到中间混合浆料；以及对中间混合浆料进行研磨和加热处理，且不需要在浆料中加入表面活性剂或增稠剂，便使浆料达到预设黏度范围。本发明专利技术提出的膜电极浆料的制备方法制备出来的膜电极浆料不易发生催化剂团聚和沉降现象、分散效果好且稳定，利于涂布均匀性及减少涂布缺陷，制备的膜电极电化学性能更佳。电化学性能更佳。电化学性能更佳。

【技术实现步骤摘要】
一种膜电极浆料及其制备方法


[0001]本专利技术质子交换膜电解水
，特别涉及一种膜电极浆料及其制备方法。

技术介绍

[0002]PEM去离子水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。催化剂浆料的状态对所形成的催化层的微观结构有着重要影响，浆料中所用的溶剂、成分配比及浆料的分散方式等因素对膜电极的性能有较大影响。因此浆料的制备工艺控制是直接影响其性能的关键。
[0003]现有技术中都是采用传统的超声波震荡法分散膜电极浆料的制备工艺，容易发生催化剂团聚和沉降的现象，会影响催化剂浆料的分散性和涂布效果，进而影响膜电极的电化学性能。另外一种常用的方法是在浆料中加入表面活性剂或者增稠剂，这些表面活性剂和增稠剂本身不易被去除，会影响膜电极的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提出一种膜电极浆料的制备方法，旨在解决现有技术中制备出来的膜电极浆料容易发生团聚和沉降现象的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种膜电极浆料的制备方法，所述膜电极浆料的制备方法包括如下步骤：
[0006]将预设份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂进行混合得到混合浆料；
[0007]将所述混合浆料置于均质机中，启动所述均质机，以使所述均质机变速剪切方式分散所述混合浆料，以得到中间混合浆料；以及
[0008]对所述中间混合浆料进行研磨和加热处理，以使中间混合浆料达到预设黏度范围，其中，在研磨和加热处理的过程中，中间混合浆料中的高分子聚合物质子导体的链状结构会在舒展后与催化剂融合。
[0009]可选地，所述将预设份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂进行混合得到混合浆料具体包括：
[0010]准备预定份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂；
[0011]将预定份量的催化剂和去离子水混合后，加入预定份量的高分子聚合物质子导体和预定份量的有机溶剂，并进行混合搅拌预设时间以得到所述混合浆料。
[0012]可选地，所述预设催化剂占所述混合浆料质量分数的4％～20％，所述高分子聚合物质子导体占所述混合浆料质量分数的1％～10％，所述预设时间为5
‑
60分钟。
[0013]可选地，所述将所述混合浆料置于均质机中，启动所述均质机，以使所述均质机变速剪切方式分散所述混合浆料，以得到中间混合浆料具体包括：
[0014]将混合浆料置于均质机中，预设定均质机的目标工作转速为第一转速，预设定均质机的转动时间为第一设定时间；
[0015]启动均质机，均质机按100rpm～1000rpm/min的速率升至设定转速，保持均质机在第一设定时间内按所述第一转速转动，在第一设定时间后，控制所述均质机按100rpm～1000rpm/min的速率将转速降至零，以得到中间混合浆料。
[0016]可选地，所述第一设定转速为5000rpm～30000rpm，所述第一设定时间为30
‑
120分钟。
[0017]可选地，所述对所述中间混合浆料进行研磨和加热处理，以使中间混合浆料达到预设黏度范围具体包括：
[0018]将研磨球和中间混合浆料置于球磨机的的研磨容器中；
[0019]预设定球磨机的工作球磨转速为第二设定转速，预设定球磨机的工作研磨时间为第二设定时间；
[0020]启动所述球磨机，以使球磨机按第二设定转速在所述第二设定时间内研磨所述研磨容器中的中间混合浆料，同时对所述研磨容器中的中间混合浆料进行加热处理，并控制所述研磨容器中的中间混合浆料保持在预设温度，以使中间混合浆料达到预设黏度范围。
[0021]可选地，研磨后的浆料的黏度范围为300cps～1000cps。
[0022]可选地，所述球磨机的设定球磨转速为50rpm
‑
200rpm，所述预设温度为25℃
‑
80℃，所述预设时间为12
‑
120h。
[0023]可选地，所述催化剂包括10～80％wt的Pt/C、PtCo/C、PtRu/C、PtIr/C中的一种或几种，或所述催化剂为IrO2、RuO2、SnO2、Ir7RuO16、RuIrO4中的一种或几种，所述高分子聚合物质子导体为全氟磺酸树脂溶液，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇、N甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合，初始混合浆料中的固体含量为5％～30％，去离子水和有机溶剂的比例为90:10～20:80。
[0024]本专利技术提出了一种膜电极浆料，通过以上任一实施例所述的膜电极浆料的制备方法制得。
[0025]本专利技术提出的膜电极浆料的制备方法包括以下步骤：将预设份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂进行混合得到混合浆料；将混合浆料置于均质机中。启动均质机，以使均质机变速剪切方式分散混合浆料，将催化剂颗粒及高分子聚合物质子导体反复的拉伸与折叠，扩宽径向速度的搅动范围，增大混合区，实现高效的混合操作，得到中间混合液。对中间混合浆料进行研磨和加热处理，以便通过球磨分散利用其冲击力及摩擦挤压促使催化剂二次颗粒团聚体分散，同时球磨过程进行热处理加快高分子聚合物质子导体在有机溶剂中的扩散，促使高分子聚合物质子导体链状结构的舒展并使其与催化剂颗粒充分的融合，形成高效的三相界面，改善膜电极的传质能力，提高贵金属利用率，提升膜电极的电化学性能，且生产出来的浆料不易发生团聚和沉降。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅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
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术一种膜电极浆料的制备方法的流程示意图；
[0028]图2为本专利技术一种膜电极浆料的制备方法的一实施例的具体流程示意图。
[0029]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明；
[0030]图3为本专利技术一种膜电极浆料的制备方法的制得的浆料的极化性能图；
[0031]图4为本专利技术一种膜电极浆料的制备方法的制得的浆料的催化剂颗粒粒径分布图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜电极浆料的制备方法，用于电解水，其特征在于，所述膜电极浆料的制备方法包括如下步骤：将预设份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂进行混合得到初始混合浆料；将所述初始混合浆料置于均质机中，启动所述均质机，以使所述均质机变速剪切方式分散所述初始混合浆料，以得到中间混合浆料；以及对所述中间混合浆料进行研磨和加热处理，以使中间混合浆料达到预设黏度范围，其中，在研磨和加热处理的过程中，中间混合浆料中的高分子聚合物质子导体的链状结构会在舒展后与催化剂融合。2.如权利要求1所述的膜电极浆料的制备方法，其特征在于，所述将预设份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂进行混合得到混合浆料具体包括：准备预定份量的催化剂、去离子水、高分子聚合物质子导体以及有机溶剂；将预定份量的催化剂和去离子水混合后，加入预定份量的高分子聚合物质子导体和预定份量的有机溶剂，并进行混合搅拌预设时间以得到所述初始混合浆料。3.如权利要求2所述的膜电极浆料的制备方法，其特征在于，所述催化剂占所述混合浆料质量分数的4％～20％，所述高分子聚合物质子导体占所述混合浆料质量分数的1％～10％，所述预设时间为5
‑
60分钟。4.如权利要求1所述的膜电极浆料的制备方法，其特征在于，所述将所述混合浆料置于均质机中，启动所述均质机，以使所述均质机变速剪切方式分散所述混合浆料，以得到中间混合浆料具体包括：将初始混合浆料置于均质机中，预设定均质机的目标工作转速为第一转速，预设定均质机的转动时间为第一设定时间；启动均质机，均质机按100rpm～1000rpm/min的速率升至第一设定转速，保持均质机在第一设定时间内按所述第一转速转动，在第一设定时间后，控制所述均质机按100rpm～1000rpm/min的速率将转速降至零，以得到中间混合浆料。5.如权利要求4所述的膜电极浆料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：万岁阁，樊建涛，徐少轶，李辉，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：