一种催化层浆料、制备方法及催化层膜电极的制备方法技术

本发明专利技术特别涉及一种催化层浆料、制备方法及催化层膜电极的制备方法，属于质子交换膜燃料电池技术领域。一种催化层浆料，其原料包括Pt/C催化剂、去离子水、N,N二甲基甲酰胺混合物及Nafion溶液。其通过在原料中添加对Pt/C催化剂具有优异分散性，且高沸点、低粘度的N，N

【技术实现步骤摘要】
一种催化层浆料、制备方法及催化层膜电极的制备方法


[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池
，特别涉及一种催化层浆料、制备方法及催化层膜电极的制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池内氢气、氧气、电子、质子和水的高效传输对于催化层的发电性能异常重要。上述物质的运输主要受催化层的微观结构影响，如扩散气体的孔隙结构、传导电子的碳颗粒结构和离聚物中传导质子的离子通道。通常，催化层通过制备由Pt/C催化剂、离聚物和溶剂混合的浆料并烘干后制得，催化层的结构便在浆料的烘干过程中形成。
[0003]宏观上看，催化层的裂纹对燃料电池的机械耐久性有不利影响。运行过程中，催化层的裂纹区域会产生水淹，进而引起质子膜产生裂纹。质子膜破裂引起气体串漏，氢氧发生化学反应，引起膜电极衰减。因此，为提高膜电极耐久性，需要避免催化层形成过程中裂纹的产生。
[0004]溶剂类型对催化层的裂纹形成与否具有重要影响。对于常规仅以低沸点醇/水混合物为溶剂的催化剂浆料，在烘干过程中，因沸点不同，溶剂组分会由分散性良好的醇/水混合物变化到分散性较差的水，导致Pt/C颗粒在烘干过程后期团聚，且团聚体周围因应力集中出现裂纹。通过添加高沸点、高粘度溶剂，如丙二醇、甘油、乙二醇等，能够有效避免这一现象发生，抑制催化层中裂纹的形成。但是，高粘度的溶剂难以除去而吸附在催化剂表面，降低了电极电化学活性面积，不利于质子交换膜燃料电池电极性能的发挥。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种催化层浆料，以解决现有技术中高粘度溶剂容易吸附于催化剂表面难以除去的技术问题。
[0006]本专利技术实施例提供了一种催化层浆料，所述催化层浆料的原料包括Pt/C催化剂、去离子水、N,N二甲基甲酰胺混合物及Nafion溶液。
[0007]可选的，所述N,N二甲基甲酰胺混合物包括N,N二甲基甲酰胺和异丙醇。
[0008]可选的，所述催化层浆料中，固体物质的质量分数为1
‑
5％。
[0009]可选的，所述Nafion的质量与Pt/C催化剂中C的质量之比为(0.4
‑
1.4):1。
[0010]可选的，所述去离子水与N,N二甲基甲酰胺混合物的质量比为1：(2.5
‑
6)。
[0011]所述N,N二甲基甲酰胺和异丙醇的质量比为1：(3
‑
7)。
[0012]可选的，所述催化层浆料的粘度为1.65
‑
2.30mPa
·
s。
[0013]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了上述任意一种催化层浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]将所述Pt/C催化剂通过去离子水润湿后，与N,N二甲基甲酰胺混合物和Nafion溶液混合，得到预混液；
[0015]将所述预混液经惰性气体保护预定时间后，得到保护液；
[0016]维持所述惰性气体保护的条件下，将所述保护液于冰浴条件下经高速剪切和超声分散，得到所述催化层浆料。
[0017]可选的，所述预定时间为30
‑
60min。
[0018]可选的，所述冰浴的温度＜5℃。
[0019]可选的，所述高速剪切的转速为3000
‑
20000r/min，高速剪切的时间为10
‑
60min。
[0020]可选的，所述超声分散包括水浴超声分散和探头超声分散，所述超声分散的功率为300
‑
600W，超声分散的时间为30
‑
90min。
[0021]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种催化层膜电极的制备方法，包括如下步骤：
[0022]得到质子交换膜；
[0023]将所述质子交换膜固定于真空加热台上；
[0024]将上述任意一项所述的催化层浆料喷涂于所述质子交换膜表面并烘干，得到催化层膜电极。
[0025]可选的，所述喷涂的所述催化层浆料的厚度为5
‑
10μm。
[0026]可选的，所述真空加热台的温度为80
‑
100℃。
[0027]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：
[0028]本专利技术实施例提供的催化层浆料，通过在原料中添加对Pt/C催化剂具有优异分散性，且高沸点、低粘度的N，N
‑
二甲基甲酰胺，避免烘干后期仅剩余水、而出现Pt/C催化剂颗粒团聚的现象，同时，N，N
‑
二甲基甲酰胺可于烘干过程中自行去除，避免溶剂覆盖于催化剂活性位表面，有效避免电极发电性能降低。
[0029]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
[0030]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。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的方法的流程图；
[0032]图2是N，N
‑
二甲基甲酰胺的红外谱图；
[0033]图3是实施例1提供的催化层膜电极的催化层的红外谱图；
[0034]图4是丙二醇的红外谱图；
[0035]图5是对比例1提供的催化层膜电极的催化层的红外谱图；
[0036]图6是实施例1
‑
5提供的催化层膜电极的极化曲线；
[0037]图7是对比例1
‑
9提供的催化层膜电极的极化曲线。
具体实施方式
[0038]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果
将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0039]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
[0040]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0041]本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0042]根据本专利技术一种典型的实施方式，提供了一种催化层浆料，所述催化层浆料的原料包括Pt/C催化剂、去离子水、N,N二甲基甲酰胺混合物及Nafio本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化层浆料，其特征在于，所述催化层浆料的原料包括Pt/C催化剂、去离子水、N,N二甲基甲酰胺混合物及Nafion溶液。2.根据权利要求1所述的催化层浆料，其特征在于，所述N,N二甲基甲酰胺混合物包括N,N二甲基甲酰胺和异丙醇。3.根据权利要求2所述的催化层浆料，其特征在于，所述催化层浆料中，固体物质的质量分数为1
‑
5％。4.根据权利要求2所述的催化层浆料，其特征在于，所述Nafion的质量与Pt/C催化剂中C的质量之比为(0.4
‑
1.4):1。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述去离子水与N,N二甲基甲酰胺混合物的质量比为1：(2.5
‑
6)。6.根据权利要求2所述的催化层浆料，其特征在于，所述N,N二甲基甲酰胺和异丙醇的质量比为1：(3
‑
7)。7.根据权利要求1
‑
6中任意一项所述的催化层浆料，其特征在于，所述催化层浆料的粘度为1.65
‑
2.30mPa
·
s。8.一种如权利要求1
‑
7中任意一项所述的催化层浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述Pt/C催化剂通过去离子水润湿后，与N,N二甲基甲酰胺混合物和Nafion溶液混合，得到预混液；将所述预...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雪君，李洪涛，高佳武，曹天鹏，
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：