一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，包括以下步骤：S1.将催化剂、水、有机醇和全氟磺酸树脂溶液混合形成催化剂混合物；S2.将催化剂混合物中加入一定量的氧化锆球磨珠；S3.将装有球磨珠的催化剂混合物置于超声波发生装置中超声，得到分散均匀的催化剂浆料。本发明专利技术的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，结合超声分散及球磨分散的优点，先在浆料中加入球磨珠，再进行超声分散，不仅发挥了超声波对浆料的超声空化作用，而且利用了球磨珠在超声波作用下对催化剂浆料的碰撞、挤压和研磨效果；高固含量浆料在分散前期时的凝固问题和分散过程中起泡问题，在球磨珠的高强度的跳动下同时得到了解决。动下同时得到了解决。动下同时得到了解决。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，尤其是一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种电化学发电装置，阳极侧的氢气和阴极侧的氧气在阳极催化剂和阴极催化剂的催化作用下分别发生氧化和还原反应，产生外部电流的同时生成水，其具有的绿色、高效的优点使燃料电池技术得到社会的广泛关注。
[0003]现阶段，燃料电池核心部件膜电极中的催化层是通过将催化剂浆料均匀涂布在基材上后干燥形成的；其中，催化剂浆料的质量对催化层的质量起着决定性作用，只有制备出粒径小且粒径分布均匀的浆料才能够尽可能多的暴露出催化剂的活性位点，发挥出催化剂的催化能力；因此，催化剂浆料的分散方法至关重要。
[0004]常用的催化剂浆料分散方法有超声分散和球磨分散。超声分散是利用超声波发生器产生的超声波对浆料中的液体进行超声空化作用，空化气泡在破裂时释放的巨大能量可以实现浆料中非均相组分间的均匀混合；而球磨分散是利用运动的球磨珠对浆料组分的撞击、挤压和研磨实现分散。对于大规模商业化生产用的催化剂浆料，必须要提高催化剂的固含量，以实现一次涂布得到高催化剂载量的催化层，但以上分散方法对于高固含量的催化剂浆料并不十分有效。
[0005]催化剂浆料由多孔碳载铂催化剂、分散剂和全氟磺酸树脂溶液组成，多孔碳载铂催化剂由于其载体的高比表面积使得吸水性非常强，进而浆料变得十分浓稠、近乎凝固；再加上全氟磺酸树脂的亲疏水性结构和高分子质量，极易在浆料分散过程中产生众多稳定且微小的气泡，叠加碳载体的强吸水性，导致超声分散和球磨分散难以将催化剂浆料分散均匀甚至无法分散，造成后续涂布出的催化层质量也很差，由此，提出一个针对高固含量催化剂浆料的高效分散方法对于行业发展有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，得到催化剂粒径小且粒径分布均匀的高固含量催化剂浆料。本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：包括以下步骤：
[0008]S1.将催化剂、水、有机醇和全氟磺酸树脂溶液混合形成催化剂混合物；
[0009]S2.将催化剂混合物中加入一定量的氧化锆球磨珠；
[0010]S3.将装有球磨珠的催化剂混合物置于超声波发生装置中超声，得到分散均匀的催化剂浆料。
[0011]优选的是，所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：所述步骤S1中的催化剂混合物固含量为5～30％。
[0012]优选的是，所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：所述步骤S2中的氧化
锆球磨珠的质量占催化剂混合物和球磨珠总质量的20～80％。
[0013]优选的是，所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：所述步骤S2中的氧化锆球磨珠的直径为0.5～10mm；所述催化剂混合物中加入一种或多种直径的氧化锆球磨珠。
[0014]优选的是，所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：所述步骤S3中超声波发生装置的功率为100～10000W。
[0015]优选的是，所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：所述步骤S3中超声时间为10～300min；超声期间使用冷却水控制超声温度为20℃～25℃。
[0016]本专利技术的优点：
[0017]本专利技术的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，结合超声分散及球磨分散的优点，先在浆料中加入球磨珠，再进行超声分散，不仅发挥了超声波对浆料的超声空化作用，而且利用了球磨珠在超声波作用下对催化剂浆料的碰撞、挤压和研磨效果；高固含量浆料在分散前期时的凝固问题和分散过程中起泡问题，在球磨珠的高强度的跳动下同时得到了解决，不仅可以搅动凝固状的浆料、促进催化剂和全氟磺酸树脂的结合，使得吸附在多孔碳载体的水脱离、浆料转变为液态，还能够通过撞击来消除浆料中产生的微小且稳定的气泡，最终得到催化剂粒径小且粒径分布均匀的高固含量催化剂浆料。
附图说明
[0018]图1为实施例1、对比例1和对比例3的催化剂浆料实物图。
[0019]图2为实施例1、对比例1和对比例3的催化剂浆料实际涂布效果图。
[0020]图3为实施例1、对比例1和对比例3的催化剂浆料制得的催化层的电池性能图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0022]实施例1
[0023]一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：包括以下步骤：
[0024]S1.将Pt/C催化剂、超纯水、正丙醇和Aquivion D72全氟磺酸树脂溶液混合形成固含量为5％的催化剂混合物；
[0025]S2.向催化剂混合物中加入0.5mm氧化锆球磨珠，球磨珠的质量占催化剂混合物和球磨珠总质量的20％；
[0026]S3.将催化剂混合物放置超声波发生装置中，超声功率为100W，超声时间10分钟，超声期间使用冷却水控制超声温度为20℃，超声后得到分散均匀的催化剂浆料。
[0027]其中Aquivion D72全氟磺酸树脂溶液生产厂家为索尔维。
[0028]实施例2
[0029]一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：包括以下步骤：
[0030]S1.将PtCo/C催化剂、超纯水、异丙醇和Aquivion D79全氟磺酸树脂溶液混合形成固含量为10％的催化剂混合物；
[0031]S2.向催化剂混合物中加入2mm氧化锆球磨珠和4mm氧化锆球磨珠，球磨珠的质量占催化剂混合物和球磨珠总质量的40％；
[0032]S3.将催化剂混合物放置超声波发生装置中，超声功率为2000W，超声时间50分钟，
超声期间使用冷却水控制超声温度为20℃，超声后得到分散均匀的催化剂浆料。
[0033]其中Aquivion D79全氟磺酸树脂溶液生产厂家为索尔维。
[0034]实施例3
[0035]一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其中：包括以下步骤：
[0036]S1.将PtNi/C催化剂、超纯水、正丁醇和Nafion D2020全氟磺酸树脂溶液混合形成固含量为20％的催化剂混合物。
[0037]S2.向催化剂混合物中加入6mm氧化锆球磨珠和8mm氧化锆球磨珠，球磨珠的质量占催化剂混合物和球磨珠总质量的60％；
[0038]S3.将催化剂混合物放置超声波发生装置中，超声功率为5000W，超声时间150min，超声期间使用冷却水控制超声温度为20℃，超声后得到分散均匀的催化剂浆料。
[0039]Nafion D2020全氟磺酸树脂溶液生产厂家为科慕。
[0040]实施例4
[0041]S1.将PtNiCu/C催化剂、超纯水、丙三醇和Nafion D2020全氟磺酸树脂溶液混合形成固含量为30％的催化剂混合物；
[0042]S2.向催化剂混合物中加入2mm氧化锆球磨珠、6m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将催化剂、水、有机醇和全氟磺酸树脂溶液混合形成催化剂混合物；S2.将催化剂混合物中加入一定量的氧化锆球磨珠；S3.将装有球磨珠的催化剂混合物置于超声波发生装置中超声，得到分散均匀的催化剂浆料。2.如权利要求1所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其特征在于：所述步骤S1中的催化剂混合物固含量为5～30%。3.如权利要求1所述的燃料电池用催化剂浆料的分散方法，其特征在于：所述步骤S2中的氧化锆球磨珠的质量占催化剂混合物和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加佳，刘凯，许笑目，张义煌，郭显斌，李刚，
申请(专利权)人：无锡威孚高科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：