【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供了一种制备电催化剂油墨的方法。电催化剂油墨用于制备高性能膜电极组件中的电催化剂层。
技术介绍
1、燃料电池是包括被电解质隔开的两个电极的电化学电池。燃料(例如，氢气、醇(诸如甲醇或乙醇)或甲酸)被供应给阳极，并且氧化剂(例如，氧气或空气)被供应给阴极。电化学反应在电极处发生，并且燃料和氧化剂的化学能被转换成电能和热量。电催化剂用于促进阳极处燃料的电化学氧化和阴极处氧气的电化学还原。
2、燃料电池通常根据所用电解质的性质进行分类。电解质通常为固体聚合物膜，其中该膜为电绝缘的但离子导电的。在质子交换膜燃料电池(pemfc)中，该离子导电膜是质子导电的，并且将在阳极处产生的质子横跨该离子导电膜传送至阴极，其中它们与氧组合以形成水。
3、pemfc的主要部件是膜电极组件，该膜电极组件基本上由五层组成。中间层为聚合物离子导电膜。在离子导电膜的任一面上存在电催化剂层，该电催化剂层含有设计用于特定电解反应的电催化剂。最后，邻近每个电催化剂层存在气体扩散层。气体扩散层必须允许反应物到达电催化剂层并且必须传导由电化学反应产生的电流。因此，气体扩散层必须为多孔的和导电的。
4、电催化剂层一般还包含质子导电材料，诸如质子导电聚合物，以有助于质子从阳极电催化剂转移到离子导电膜和/或从离子导电膜转移到阴极电催化剂。
5、常规地，膜电极组件可通过多种方法构造。通常，这些方法涉及将电催化剂层中的一个或两个电催化剂层施加到离子导电膜以形成催化剂涂覆的离子导电膜。随后，将气体扩散层施加到电催化剂层。另
6、电催化剂层通常包含电催化剂材料，该电催化剂材料包含适用于燃料氧化或氧还原反应的金属或金属合金，这取决于该层待用于阳极还是阴极。用于燃料氧化和氧气还原的电催化剂通常基于铂或与一种或多种其他金属合金化的铂。铂或铂合金电催化剂可以呈未负载的纳米尺寸粒子(例如金属黑)的形式，或者可以作为离散的非常高表面积的纳米粒子沉积到载体材料(负载的电催化剂)上。电催化剂也可以呈沉积到载体材料上的涂层或延伸膜的形式。
7、已经研究了各种电催化剂概念，诸如铂二元合金、铂、单层电催化剂、铂皮肤电催化剂和纳米结构薄膜(nstf)电催化剂。所报道的高活性电催化剂的另一方法是通过合成富贱金属(m)粒子而获得的脱合金化pt-m概念材料，这些富贱金属粒子经受从粒子表面选择性浸出较不贵重金属的过程。脱合金电催化剂粒子的所得富铂壳表现出压缩应变，该压缩应变通过电子效应导致高活性氧还原反应(orr)催化剂。
技术实现思路
1、本专利技术人认识到，可以通过在制备膜电极组件期间去除进入电催化剂层的贱金属污染物来改进膜电极组件的性能。例如，由于附聚物在酸性离子导电聚合物的存在下破碎，因此在制备电催化剂油墨期间，贱金属物质可以从铂族金属与贱金属的合金中浸出。这会导致膜电极组件的电化学性能低于预期。污染贱金属物质也可能存在于不包含合金电催化剂的电催化剂层中。污染物可能来自例如用于制备电催化剂的制造过程，或离子导电聚合物的制造。因此，需要改进被贱金属物质污染的膜电极组件的性能。
2、因此，在第一方面，本专利技术提供了一种制备电催化剂油墨的方法，该方法包括以下步骤：
3、i)制备包含电催化剂材料、离子导电材料和稀释剂的分散体；然
4、后
5、ii)使分散体与包含固定在固体载体上的吡啶甲酸酯或吡啶甲酸酰胺官能团的分离材料接触。
6、电催化剂油墨是包含电催化剂材料、离子导电材料和稀释剂的分散体，该分散体在干燥时形成电催化剂层，优选地燃料电池膜电极组件中的电催化剂层，优选地质子交换膜燃料电池。因此，本专利技术的第一方面可以是制备用于燃料电池电催化剂层，优选地质子交换膜燃料电池催化剂层的电催化剂油墨的方法。
7、本专利技术人惊奇地发现，与含有通过不包括步骤ii)的方法制备的电催化剂层的膜电极组件相比，含有使用通过这种方法制成的油墨制备的电催化剂层的膜电极组件可表现出改进的电化学性能。
8、在第二方面，本专利技术提供一种分散体，该分散体包含电催化剂材料、离子导电材料、包含固定在固体载体上的吡啶甲酸酯或吡啶甲酸酰胺官能团的分离材料和稀释剂。这种分散体作为本专利技术的第一方面的方法的一部分被制备。
9、在第三方面，本专利技术提供了一种将电催化剂层施加到基底的方法，该方法包括以下步骤：
10、i)通过本专利技术的第一方面的方法制备电催化剂油墨；然后
11、ii)将电催化剂油墨施加到所述基底上，并干燥油墨以形成电催化剂层。在第四方面，本专利技术提供了一种电催化剂层，该电催化剂层能够通过这种方法获得。
12、在第五方面，本专利技术提供了一种制备气体扩散电极的方法，该方法包括根据本专利技术的第三方面的方法将电催化剂层施加到基底，其中所述基底是气体扩散层。在第六方面，本专利技术提供了一种气体扩散电极，该气体扩散电极能够通过这种方法获得。
13、在第七方面，本专利技术提供了一种制备催化转印基底的方法，该方法包括根据本专利技术的第三方面的方法将电催化剂层施加到基底，其中基底是转印基底的面。在第八方面，本专利技术提供了一种催化转印基底，该催化转印基底能够通过这种方法获得。
14、在第九方面，本专利技术提供了一种制备催化剂涂覆的离子导电膜的方法，该方法包括根据本专利技术的第三方面的方法将电催化剂层施加到基底，其中所述基底是离子导电膜的面。在第十方面，本专利技术提供了一种制备催化剂涂覆的离子导电膜的方法，该方法包括通过从根据本专利技术的第七方面的方法制备的催化转印基底转印将电催化剂层施加到离子导电膜。在第十一方面，本专利技术提供了催化剂涂覆的离子导电膜，该催化剂涂覆的离子导电膜能够通过这些方法获得。
15、在第十二方面，本专利技术提供了一种制备膜电极组件的方法，该方法包括以下步骤；
16、i)根据本专利技术的第五方面的方法制备气体扩散电极；
17、ii)将在步骤i)中制备的所述气体扩散电极施加到离子导电膜的面。在第十三方面，本专利技术提供了一种膜电极组件，该膜电极组件能够通过这种方法获得。
18、在第十四方面，本专利技术提供了一种制备膜电极组件的方法，该方法包括以下步骤；
19、i)根据本专利技术的第九方面或第十方面的方法制备催化剂涂覆的离子导电膜；
20、ii)将气体扩散层施加到所述电催化剂层。在第十五方面，本专利技术提供了一种膜电极组件，该膜电极组件能够通过这种方法获得。
21、在第十六方面，本专利技术提供了一种燃料电池，该燃料电池包括根据本专利技术的膜电极组件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备电催化剂油墨的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述离子导电材料是质子导电离聚物。
3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电催化剂材料包括电催化剂，所述电催化剂是铂族金属或铂族金属与贱金属的合金。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电催化剂负载在载体材料上。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤i)包括破碎所述分散体中的附聚物的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中破碎所述分散体中的附聚物的所述步骤通过球磨进行。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤ii)包括将所述分离材料分散于在步骤ii)中制备的所述分散体中，并且所述方法还包括过滤所述分散体以去除所述分离材料的步骤iii)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在步骤ii)中搅动所述分散体。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤ii)包括使所述分散体通过填充有所述分离材料的柱。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤i
11.一种将电催化剂层施加到基底的方法，所述方法包括以下步骤：
12.一种电催化剂层，所述电催化剂层能够通过根据权利要求11所述的方法获得。
13.一种制备气体扩散电极的方法，所述方法包括根据权利要求11所述的方法将电催化剂层施加到基底，其中所述基底是气体扩散层的面。
14.一种气体扩散电极，所述气体扩散电极能够通过根据权利要求13所述的方法获得。
15.一种制备催化转印基底的方法，所述方法包括根据权利要求11所述的方法将电催化剂层施加到基底，其中所述基底是转印基底的面。
16.一种催化转印基底，所述催化转印基底能够通过根据权利要求15所述的方法获得。
17.一种制备催化剂涂覆的离子导电膜的方法，所述方法包括根据权利要求11所述的方法将电催化剂层施加到基底，其中所述基底是离子导电膜的面。
18.一种制备催化剂涂覆的离子导电膜的方法，所述方法包括通过从根据权利要求15所述的方法制备的催化转印基底转印将电催化剂层施加到离子导电膜。
19.一种催化剂涂覆的离子导电膜，所述催化剂涂覆的离子导电膜能够通过根据权利要求17或权利要求18所述的方法获得。
20.一种制备膜电极组件的方法，所述方法包括以下步骤；
21.一种制备膜电极组件的方法，所述方法包括以下步骤；
22.一种膜电极组件，所述膜电极组件能够通过根据权利要求20或权利要求21所述的方法获得。
23.一种燃料电池，所述燃料电池包括根据权利要求22所述的膜电极组件。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种制备电催化剂油墨的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述离子导电材料是质子导电离聚物。
3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电催化剂材料包括电催化剂，所述电催化剂是铂族金属或铂族金属与贱金属的合金。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电催化剂负载在载体材料上。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤i)包括破碎所述分散体中的附聚物的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中破碎所述分散体中的附聚物的所述步骤通过球磨进行。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤ii)包括将所述分离材料分散于在步骤ii)中制备的所述分散体中，并且所述方法还包括过滤所述分散体以去除所述分离材料的步骤iii)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在步骤ii)中搅动所述分散体。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤ii)包括使所述分散体通过填充有所述分离材料的柱。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤ii)包括将含有所述分离材料的容器放置在所述分散体中，其中所述容器对所述分散体是可渗透的，但是对所述分离材料是不可渗透的。
11.一种将电催化剂层施加到基底的方法，所述方法包括以下步骤：
12.一种电催化剂层，所述电催化剂层能够通过根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历杭德罗·马丁内斯博纳斯特雷，D·马林弗洛里多，
申请(专利权)人：庄信万丰氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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