催化剂层的制备方法、催化剂层及膜电极组件技术

本发明专利技术涉及催化剂层制备技术领域，尤其涉及一种催化剂层的制备方法、采用该制备方法制成的催化剂层及包括该催化剂层的膜电极组件。该制备方法包括：制备浆料，浆料包含催化剂、粘结剂、分散溶剂和光固化添加剂；将浆料涂布到基材上，形成湿涂层；用紫外光对湿涂层进行照射，使光固化添加剂固化；干燥湿涂层，形成催化剂层。通过在浆料中增加光固化添加剂，湿涂层在干燥前先经紫外光照射，光固化添加剂在紫外光照射下固化，在湿涂层中形成稳定的支架结构，该支架结构能够在干燥过程中提供稳定益处，显著减少干燥过程中的层塌陷和裂纹等缺陷，并在保持离聚物

【技术实现步骤摘要】
催化剂层的制备方法、催化剂层及膜电极组件


[0001]本专利技术涉及催化剂层制备
，尤其涉及一种催化剂层的制备方法、一种采用该制备方法制成的催化剂层以及一种包括该催化剂层的膜电极组件。

技术介绍

[0002]催化剂层通常是通过在基材上涂布浆料形成湿涂层并经过烘干箱干燥蒸发来生产的。根据催化剂和离聚物类型、溶剂组成、基材、干燥方法及其它工艺因素的不同，可以获得不同的催化剂层结构。对于给定的组成，干燥后的催化剂层厚度越大，其孔隙率就越大。更大的孔隙率有利于气体进入和水分去除，从而提高性能。现有技术中有多种用于改善催化剂层结构和孔隙率的方法，但这些方法都存在一定的局限性，无法实现较好的改善效果。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种催化剂层的制备方法，能够有效改善催化剂层的结构和孔隙率，以克服现有技术的上述缺陷。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术提供一种催化剂层的制备方法，包括：制备浆料，浆料包含催化剂、粘结剂、分散溶剂和光固化添加剂；将浆料涂布到基材上，形成湿涂层；用紫外光对湿涂层进行照射，使光固化添加剂固化；干燥湿涂层，形成催化剂层。
[0006]优选地，光固化添加剂包括光固化树脂和光引发剂。
[0007]优选地，浆料中，催化剂、粘结剂、分散溶剂、光固化树脂和光引发剂的质量比为1:1～10:10～1000:0.01～1:0.01～1。
[0008]优选地，光固化树脂为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酯、环氧树脂中的任意一种。
[0009]优选地，光引发剂为苯基双(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化磷、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮、2
‑
甲基
‑1‑
(4
‑
甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉基
‑1‑
丙酮中的任意一种。
[0010]优选地，紫外光的辐照强度为200MJ/cm2～1000MJ/cm2。
[0011]优选地，紫外光的照射时长为0s～30s。
[0012]本专利技术还提供一种催化剂层，采用如上所述的催化剂层的制备方法制成。
[0013]本专利技术再提供一种膜电极组件，包括质子交换膜以及分别设于质子交换膜两侧的阳极催化剂层和阴极催化剂层，阴极催化剂层为如上所述的催化剂层。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有显著的进步：
[0015]通过在制备催化剂层的浆料中增加光固化添加剂，浆料涂布到基材上形成的湿涂层在干燥之前，先经过紫外光照射，光固化添加剂在紫外光照射下固化，在湿涂层中形成稳定的支架结构，该支架结构能够在湿涂层干燥过程中提供稳定益处，显著减少湿涂层干燥过程中的层塌陷和裂纹等缺陷，并使得干燥后的催化剂层比传统催化剂层厚的多；同时，该
支架结构还能够对催化剂层的微观结构产生积极影响，可以通过改变湿涂层干燥过程中的溶剂蒸发率来增强离聚物
‑
催化剂界面，并在保持离聚物
‑
催化剂界面的同时大大增加孔隙率。因此，本专利技术实现了有效改善催化剂层的结构和孔隙率。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的催化剂层的制备方法的流程示意图。
[0017]图2是本专利技术实施例中，实施例1的膜电极组件的阴极催化剂层的SEM图像。
[0018]图3是本专利技术实施例中，对比例1的膜电极组件的阴极催化剂层的SEM图像。
[0019]图4是本专利技术实施例中，实施例1和对比例1的膜电极组件的表面电阻对比图。
[0020]图5是本专利技术实施例中，实施例1和对比例1的膜电极组件的极化曲线。
[0021]图6是本专利技术实施例中，实施例1和对比例1的膜电极组件的阴极敏感性测试结果。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本专利技术，而并非对本专利技术的限制。
[0023]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0025]此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0026]如图1所示，本专利技术实施例提供一种催化剂层的制备方法。本实施例的催化剂层的制备方法包括以下步骤。
[0027]制备浆料，浆料包含催化剂、粘结剂、分散溶剂和光固化添加剂。本实施例中，优选地，光固化添加剂包括光固化树脂和光引发剂。浆料中，催化剂、粘结剂、分散溶剂、光固化树脂和光引发剂的质量比优选为1:1～10:10～1000:0.01～1:0.01～1。其中，催化剂优选为Pt催化剂、Pt合金催化剂、Pt单层催化剂中的任意一种。粘结剂优选为全氟磺酸树脂溶液、聚四氟乙烯溶液中的任意一种。分散溶剂优选为去离子水、醇类或者烷烃类的有机溶剂中的任意一种或多种的组合，分散溶剂最优为质量比为1:10的水醇溶液。光固化树脂优选为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酯、环氧树脂中的任意一种，光固化树脂最优为聚酯丙烯酸酯。光引发剂优选为苯基双(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化磷、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮、2
‑
甲基
‑1‑
(4
‑
甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉基
‑1‑
丙酮中的任意一种。制备时，将催化剂、粘结剂、分散溶
剂、光固化树脂和光引发剂按比例混合、搅拌，然后球磨分散，获得浆料。
[0028]将制备好的浆料涂布到基材上，形成湿涂层。浆料涂布方式优选采用狭缝涂布。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂层的制备方法，其特征在于，包括：制备浆料，所述浆料包含催化剂、粘结剂、分散溶剂和光固化添加剂；将所述浆料涂布到基材上，形成湿涂层；用紫外光对所述湿涂层进行照射，使所述光固化添加剂固化；干燥所述湿涂层，形成催化剂层。2.根据权利要求1所述的催化剂层的制备方法，其特征在于，所述光固化添加剂包括光固化树脂和光引发剂。3.根据权利要求2所述的催化剂层的制备方法，其特征在于，所述浆料中，所述催化剂、所述粘结剂、所述分散溶剂、所述光固化树脂和所述光引发剂的质量比为1:1～10:10～1000:0.01～1:0.01～1。4.根据权利要求2所述的催化剂层的制备方法，其特征在于，所述光固化树脂为不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酯、环氧树脂中的任意一种。5.根据权利要求2所述的催化剂层的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为苯基双(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2，4，6
‑
三甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈可吴，王力，
申请(专利权)人：韵量燃料电池广东有限公司，
类型：发明
国别省市：