具有自由基清除功能的催化剂浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及质子交换膜燃料电池领域，具体是具有自由基清除功能的催化剂浆料及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、在浆料瓶内配置催化剂浆料A；S2、将纳米级的CeO2、Ce2O3及MnO2以1:1:1的比例制成混合物A，然后将混合物A加入到催化剂浆料A中，制得混合物B，且添加的混合物A在混合物B中的含量为1％

【技术实现步骤摘要】
具有自由基清除功能的催化剂浆料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池领域，具体是具有自由基清除功能的催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池用膜电极的反应核心由一片在两侧喷涂了催化剂浆料的质子交换膜组成，为了形成高分子电解质型燃料电池的电极，使用了电极催化剂浆料，该电极催化剂浆料是将电极催化剂分散在分散介质中的分散液，可以通过将电极催化剂浆料施加到电解质膜上并使其干燥以制备膜电极组件(MEA)并用隔膜将MEA夹在中间来形成聚合物电解质燃料电池。
[0003]燃料电池在运行过程中，会产生自由基
‑
OOH，这些自由基会攻击质子交换膜，从而造成质子交换膜的老化、裂解，为了延长使用寿命，必须要清除自由基。
[0004]现存技术主要是不加CeO2或将CeO2加入到质子膜中，加入到质子膜中相较于加入到催化剂浆料中在清除自由基时会有一定的时间延迟，一定的时间延迟会存在质子膜受到攻击的现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供具有自由基清除功能的催化剂浆料及其制备方法和应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：铂碳催化剂50
‑
60份、CeO22
‑
6份、Ce2O
32‑
6份、MnO22
‑
6份。
[0008]所述铂碳催化剂包括以下质量份的原料：碳16
‑
20份、5％Nafion溶液8
‑
10份、异丙醇8
‑
16份、水2
‑
4份。
[0009]具有自由基清除功能的催化剂浆料制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、在浆料瓶内配置催化剂浆料A；
[0011]S2、将纳米级的CeO2、Ce2O3及MnO2以1:1:1的比例制成混合物A，然后将混合物A加入到催化剂浆料A中，制得混合物B，且添加的混合物A在混合物B中的含量为1％
‑
5％；
[0012]S3、将盛放有混合物B的浆料瓶置于磁力搅拌器上搅拌10min，至混合均匀，形成混合物C；
[0013]S4、将盛放有混合物C的浆料瓶置于均质分散机上高速分散，从而得到含有CeO2、Ce2O3及MnO2的催化剂浆料B，该催化剂浆料B为所需的具有自由基清除功能的催化剂浆料。
[0014]如上所述的主题：所述步骤S1中催化剂浆料A的配置方法包括:
[0015]S11、称取铂碳催化剂倒入浆料瓶中，并称取5％Nafion溶液放置烧杯中备用；
[0016]S12、称取异丙醇溶液和水备用；
[0017]S13、使用滴管将称取的水逐滴加入到装有铂碳催化剂的浆料瓶中，手动摇晃均
匀，至铂碳催化剂完全润湿；
[0018]S14、往浆料瓶中持续通入小流量的氮气作为保护气，在氮气的保护下，逐滴加入称量好的异丙醇溶液；
[0019]S15、将加入催化剂、水、异丙醇的浆料瓶放在磁力搅拌器上搅拌5min；
[0020]S16、将称取好的5％Nafion缓慢加入到搅拌均匀的浆料瓶中；并在磁力搅拌器上搅拌10min，至混合均匀，以得到催化剂浆料A。
[0021]如上所述的主题：所述催化剂浆料A中的碳含量和5％Nafion溶液的固含量比例为1：0.5。
[0022]如上所述的主题：所述异丙醇溶液和水的质量比为8:2。
[0023]如上所述的主题：所述均质分散机进行高速分散时，通入有循环水浴，且水浴温度为15
‑
20℃。
[0024]如上所述的主题：所述均质分散机的分散速度为20000r/min，分散时间为1.5h。
[0025]具有自由基清除功能的催化剂浆料在燃料电池膜电极中的应用。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术设计新颖，向催化剂浆料配方中添加纳米级CeO2、Ce2O3及MnO2混合物在燃料电池环境中溶解形成的Ce4+，Ce3+，Mn4+可以将H2O2和
‑
OOH分解成
‑
OH，从而清除自由基缓解质子交换膜的针孔和裂纹，从而增加质子交换膜燃料电池的耐久性。
附图说明
[0027]图1为不同含量的CeO2、Ce2O3及MnO2混合物，在燃料电池运行不同时间后通过SEM观察燃料电池膜电极中自由基的情况示意图。
[0028]图2为膜电极性能输出对比图。
[0029]图3为膜电极透氢电流密度对比图。
[0030]图4为清除自由基缓解质子交换膜的针孔和裂纹的原理图。
具体实施方式
[0031]以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0032]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0033]另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
[0034]实施例1
[0035]具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：铂碳催化剂50份、CeO22份、Ce2O32份、MnO22份。
[0036]所述铂碳催化剂包括以下质量份的原料：碳16份、5％Nafion溶液8份、异丙醇8份、水2份。
[0037]实施例2
[0038]具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：铂碳催化剂52份、CeO23份、Ce2O33份、MnO23份。
[0039]所述铂碳催化剂包括以下质量份的原料：碳17份、5％Nafion溶液8.5份、异丙醇10份、水2.5份。
[0040]实施例3
[0041]具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：铂碳催化剂55份、CeO24份、Ce2O34份、MnO24份。
[0042]所述铂碳催化剂包括以下质量份的原料：碳18份、5％Nafion溶液9份、异丙醇12份、水3份。
[0043]实施例4
[0044]具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：铂碳催化剂58份、CeO25份、Ce2O35份、MnO25份。
[0045]所述铂碳催化剂包括以下质量份的原料：碳19份、5％Nafion溶液9.5份、异丙醇14份、水3.5份。
[0046]实施例5
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：铂碳催化剂50
‑
60份、CeO22
‑
6份、Ce2O
32‑
6份、MnO22
‑
6份。2.根据权利要求1所述的具有自由基清除功能的催化剂浆料，其特征在于，所述铂碳催化剂包括以下质量份的原料：碳16
‑
20份、5％Nafion溶液8
‑
10份、异丙醇8
‑
16份、水2
‑
4份。3.如权利要求1
‑
2任意一项所述的具有自由基清除功能的催化剂浆料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在浆料瓶内配置催化剂浆料A；S2、将纳米级的CeO2、Ce2O3及MnO2以1:1:1的比例制成混合物A，然后将混合物A加入到催化剂浆料A中，制得混合物B，且添加的混合物A在混合物B中的含量为1％
‑
5％；S3、将盛放有混合物B的浆料瓶置于磁力搅拌器上搅拌10min，至混合均匀，形成混合物C；S4、将盛放有混合物C的浆料瓶置于均质分散机上高速分散，从而得到含有CeO2、Ce2O3及MnO2的催化剂浆料B，该催化剂浆料B为所需的具有自由基清除功能的催化剂浆料。4.根据权利要求3所述的具有自由基清除功能的催化剂浆料制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坚，王亚伟，张扬，唐喜旺，杨慧敏，
申请(专利权)人：国雄氢能科技河南有限公司，
类型：发明
国别省市：