一种MEA耐久增强剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术特别涉及一种MEA耐久增强剂及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域，其有效成分为水性氟化聚丙烯酸酯；实现的机理为：在催化剂分散过程中，聚丙烯酸酯类能够迅速的与溶剂相溶解，后包附在催化剂碳载体的表面，相邻的聚丙烯酸酯因表面张力会相互排斥，将碳颗粒均一的分开。同时，聚丙烯酸酯部分氟化，其将与Nafion溶液产生静电吸附力，令Nafion与碳颗粒、Pt颗粒行程两相反应界面。当膜电极在运行过程中，随着反应的不断进行，碳载体将受到腐蚀，但碳载体表面包附的氟化聚丙烯酸酯将延缓这种腐蚀，并且Pt颗粒表面因为它的存在，表面能将维持在一个较低水平，奥斯特瓦尔德熟化的速率也大大下降，实现延长MEA寿命。实现延长MEA寿命。实现延长MEA寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种MEA耐久增强剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种MEA耐久增强剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种能量转换装置，能直接将化学能转化为电能，在能量转换过程中基本不排放温室气体，能够有效地减缓温室效应，同时它不受卡洛循环的限制，具有比传统内燃机更高的转化效率，理论上燃料电池的转化效率能够到达90％，在实际应用中也能达到60％，另外燃料电池还具有高功率密度以及重量轻等优点，因此燃料电池成为了近年来备受关注的研究热点。膜电极是质子交换膜燃料电池的关键部件，膜电极性能的好坏很大程度上决定了燃料电池的性能。膜电极主要由三个部分组成，分别是聚合物膜、催化层以及气体扩散层。
[0003]近年来，质子交换膜燃料电池已开始了其商业化的进程，但是成本过高、耐久性不足仍然是制约其大规模商业化的最为关键的问题。研究表明：燃料电池耐久性不足的问题主要是由于膜电极的衰减所引起，而膜电极的衰减则主要是由于目前广泛使用的Pt/C类催化剂的衰减所引起。研究表明：铂基催化剂老化的主要原因包括：(1)在燃料电池工况下，催化剂表面的铂纳米粒子颗粒容易在催化剂载体表面发生迁移、脱落、团聚、溶解等现象，导致催化剂的活性位点减少；(2)由于表面能的差异，脱落的铂纳米颗粒及溶解的纳米颗粒倾向于沉积到更大的铂纳米颗粒上，这会导致铂颗粒不断长大，催化剂的电化学活性表面积就会减小(3)燃料电池启停的过程中会产生高电压，这会导致催化剂载体产生电化学腐蚀，其次还有载体在燃料电池工况下的化学腐蚀，载体的腐蚀会加剧铂纳米颗粒的脱落和团聚，导致燃料电池催化剂及膜电极性能的衰减。因此，对燃料电池催化剂进行稳定化处理，有效抑制Pt纳米粒子的团聚、迁移、溶解以及碳载体的腐蚀对于促进燃料电池的发展和商业化具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种MEA耐久增强剂及其制备方法和应用，以解决目前催化剂耐久性低的问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种MEA耐久增强剂，所述耐久增强剂的有效成分包括水性氟化聚丙烯酸酯；所述水性氟化聚丙烯酸酯的聚合度为预设聚合度，所述水性氟化聚丙烯酸酯的氟化接枝率为预设接枝率。
[0006]可选的，所述水性氟化聚丙烯酸酯的聚合度为1
‑
4w。
[0007]可选的，所述水性氟化聚丙烯酸酯的聚合度为2
‑
3w。
[0008]可选的，所述水性氟化聚丙烯酸酯的氟化接枝率为35％
‑
70％。
[0009]可选的，所述水性氟化聚丙烯酸酯的氟化接枝率为45％
‑
60％。
[0010]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种如上所述的MEA耐久增强剂的制
备方法，所述方法包括：
[0011]把原料和氟化剂进行混合，得到原料混合物；
[0012]把所述原料混合物和引发剂进行混合，以发生自由基聚合，得到耐久增强剂；
[0013]其中，所述原料包括丙烯酸类物质和/或丙烯酸酯类物质。
[0014]可选的，所述氟化剂和所述原料的质量比为1：5
‑
10。
[0015]可选的，所述引发剂为双引发剂，所述双引发剂包括BPO和TBPB，所述BPO、TBPB和原料的质量比为1:1
‑
3:10
‑
20。
[0016]可选的，所述丙烯酸类物质包括AA；所述丙烯酸酯类物质包括BA、MMA和HPA中的至少一种；所述氟化剂包括FMA和/或PFOS。
[0017]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种如上所述的MEA耐久增强剂的应用，所述应用包括把所述耐久增强剂用于制备膜电极浆料或膜电极。
[0018]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种膜电极，所述膜电极包括催化剂和如上所述的MEA耐久增强剂。
[0019]可选的，所述耐久增强剂和所述催化剂的质量比为1:5
‑
10。
[0020]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括如上所述的膜电极。
[0021]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：
[0022]本专利技术实施例提供的MEA耐久增强剂，主要成分是水性氟化聚丙烯酸酯，其在配置催化剂浆料时添如，可显著提升催化剂的耐久性能。
[0023]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
[0024]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。
[0025]图1是本专利技术实施例1和对比例1的初始性能对比图；
[0026]图2是本专利技术实施例1和对比例1在恒压500h后膜电极极化曲线图；
[0027]图3是本专利技术实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]名词解释：
[0032]MEA：膜电极
[0033]CCM：催化层
[0034]GDL：气体扩散层
[0035]AA：丙烯酸
[0036]BA：丙烯酸丁酯
[0037]HPA：丙烯酸羟丙酯
[0038]MMA：甲基丙烯酸甲酯
[0039]FMA：甲基丙烯酸十三氟辛酯
[0040]PFOS：全氟辛烷磺酸盐
[0041]BPO：过氧化苯甲酰
[0042]TBPB:过氧化苯甲酸叔丁酯
[0043]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：
[0044]一般认为催化剂的衰减主要由以下因素造成：因为在催化过程中，Pt颗粒的表面能会逐渐增大，并且产生聚集，这会降低催化剂的催化活性；催化剂的碳载体在使用过程中会发生腐蚀现象，导致碳颗粒上的催化剂脱落，降低催化活性。
[0045]目前提高催化剂耐久性的方法有：中国专利技术专利申请CN 110993960 A一种强化催化剂耐久性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEA耐久增强剂，其特征在于，所述耐久增强剂的有效成分包括水性氟化聚丙烯酸酯；所述水性氟化聚丙烯酸酯的聚合度为预设聚合度，所述水性氟化聚丙烯酸酯的氟化接枝率为预设接枝率。2.根据权利要求1所述的MEA耐久增强剂，其特征在于，所述水性氟化聚丙烯酸酯的聚合度为2
‑
3w。3.根据权利要求1所述的MEA耐久增强剂，其特征在于，所述水性氟化聚丙烯酸酯的氟化接枝率为45％
‑
60％。4.一种如权利要求1至3中任意一项所述的MEA耐久增强剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：把原料和氟化剂进行混合，得到原料混合物；把所述原料混合物和引发剂进行混合，以发生自由基聚合，得到耐久增强剂；其中，所述原料包括丙烯酸类物质和/或丙烯酸酯类物质。5.根据权利要求4所述的MEA耐久增强剂的制备方法，其特征在于，所述氟化剂和所述原料的质量比为1：5
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：高佳武，唐雪君，赵航，韩凯凯，
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：