【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种改性抗反极催化剂、抗反极阳极浆液及其制备方法和应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)作为燃料电池领域的重要分枝，具有较高的功率密度和能量转化效率，体积小，无电解液损失，寿命长，在室温下启动速度快，是最具应用前景的新能源动力产品之一。
2、膜电极组件(mea)是质子交换膜燃料电池的重要构件，其中的膜电极是燃料电池进行氧化还原反应的场所，通常由气体扩散层(gdl)、催化层(cl)以及质子交换膜(pem)等构成。催化层是mea的核心部分，其既是电化学反应的场所，同时也为质子、电子、反应气体和水提供运输通道，其结构和性质对mea的性能和寿命起着决定性作用。
3、车用质子交换膜燃料电池在启停、快速拉载、气体流道堵塞、阳极水淹等现象出现时，容易导致质子交换膜燃料电池局部发生氢气供给不足，导致mea阳极电位升高并超过阴极电位，发生电池反极现象。反极时水和催化剂碳载体发生碳腐蚀反应。碳腐蚀发生时，催化剂颗粒脱落团聚，导致催化剂的电化学活性面积减小，改变三相界面处的结构；此外，碳载体支撑结构的严重坍塌处易形成局部“热点”，加速催化层老化，削弱对质子交换膜的保护作用，有膜穿孔、正负极短路的风险。
4、解决电池反极现象的方法之一是通过系统控制策略，如电池电压和废气监测，以及冲洗阳极侧以消除积累的氮或水。例如cn112582652a公开了一种监测质子交换膜燃料电池反极程度的方法，该方法首先测定燃料电池不同时间的电压及内阻，接着根据电压-时间曲线确定出水电解平台区域对
5、解决电池反极现象的另一种方法是添加抗反极催化剂，促进水电解而不是碳腐蚀，解决膜电极发生反极后性能不可恢复和衰减等问题，从而确保燃料电池的工作效率和系统的可靠稳定性。例如cn113745545a公开了一种燃料电池电堆中膜电极抗反极的处理方法，通过在膜电极的铂碳催化剂中添加抗反极催化剂，得到混合催化剂，将该混合催化剂作为膜电极的氢气侧催化剂，可以在发生反极时，抗反极催化剂优先作用电解水，从而避免铂碳催化剂上的碳载体或碳扩散材料发生氧化破坏。但是，添加抗反极催化剂的方法并没有很好地解决燃料电池的实际问题，抗反极催化剂的分散性差，包含抗反极催化剂的浆液中各组分混合不均匀，导致抗反极能力较弱，催化剂利用率较低，增加燃料电池成本。
6、因此，开发一种抗反极效果好的材料及其工艺方法，以解决燃料电池的反极问题，是本领域的研究重点。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性抗反极催化剂、抗反极阳极浆液及其制备方法和应用，通过制备工艺的设计，尤其是离聚物分散液的设计及其与微射流均质分散技术的结合，显著提升了所述改性抗反极催化剂的分散性，使包含其的抗反极阳极浆液具有优异的均匀性和稳定性，提升了燃料电池膜电极的催化剂活性和利用率、水电解反应和质子传导的效率，并增加了燃料电池膜电极中催化层结构的耐久性。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种改性抗反极催化剂的制备方法，所述制备方法包括：将离聚物分散液和抗反极催化剂混合后进行微射流均质分散，得到抗反极催化剂浆液；所述离聚物分散液的分散剂包括水和醇类溶剂的组合；
4、将所述抗反极催化剂浆液干燥，得到所述改性抗反极催化剂。
5、本专利技术提供的制备方法中，采用水和醇类溶剂的组合作为分散剂，使离聚物在所述离聚物分散液中具有特定的分散形态和舒展程度，使其能够均匀包覆于抗反极催化剂的表面。将所述离聚物分散液与抗反极催化剂混合后，采用微射流均质分散进行处理，将抗反极催化剂处理成纳米级的团簇颗粒，使浆液体系趋于稳定，体系内组分分布更均匀，并使离聚物均匀包覆于抗反极催化剂表面；将经过微射流均质分散的抗反极催化剂浆液干燥后，得到所述改性抗反极催化剂。
6、本专利技术中，通过特定的制备工艺得到的所述改性抗反极催化剂具有小粒径和优良的分散性，能够使包含其的体系中组分的均匀性和稳定性显著提升，解决了现有技术中大尺寸的抗反极催化剂因空间位阻效应而阻碍反应物到达阳极催化剂表面的效率、降低催化剂利用率、使膜电极性能下降的问题。所述改性抗反极催化剂中，离聚物均匀包覆于抗反极催化剂表面，形成特定的离聚物包覆层，能够提高催化剂的利用率、水电解反应和质子传导的效率，并且加强离聚物与催化剂表面的结合力，增加了催化剂层结构的耐久性。包含所述改性抗反极催化剂的抗反极阳极浆液具有更高的均匀性和稳定性，避免发生大尺寸催化剂团簇颗粒的空间位阻效应，尽可能发挥催化剂的活性，提升了燃料电池膜电极中催化剂活性和利用率、水电解反应和质子传导的效率，并改善了燃料电池膜电极中催化层结构的耐久性，有效缓解燃料电池阳极侧反极发生时的碳载体腐蚀和铂颗粒团聚长大的问题，使燃料电池的抗反极时间得到延长。
7、优选地，所述离聚物分散液中的离聚物包括全氟磺酸聚合物、磺化三氟苯乙烯聚合物、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化苯乙烯-乙烯共聚物、磺化苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、磺化苯乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物中的任意一种或至少两种的组合。
8、优选地，所述离聚物分散液中离聚物的质量百分含量为1-20％，例如可以为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％或19％等，进一步优选1-10％。
9、优选地，所述离聚物分散液中水的质量百分含量为5-50％，例如可以为6％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％或48％等，进一步优选5-30％。
10、优选地，所述离聚物分散液中醇类溶剂的质量百分含量为30-85％，例如可以为35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％等。
11、优选地，所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇或甘油中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选乙醇和异丙醇的组合。
12、优选地，所述乙醇与异丙醇的质量比为1:(1-3)，例如可以为1:1.1、1:1.3、1:1.5、1:1.7、1:1.9、1:2、1:2.1、1:2.3、1:2.5、1:2.7或1:2.9等。
13、优选地，所述离聚物分散液中异丙醇的质量百分含量为30-70％，例如可以为32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％或68％等。
14、优选地，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性抗反极催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将离聚物分散液和抗反极催化剂混合后进行微射流均质分散，得到抗反极催化剂浆液；所述离聚物分散液的分散剂包括水和醇类溶剂的组合；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离聚物分散液中的离聚物包括全氟磺酸聚合物、磺化三氟苯乙烯聚合物、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化苯乙烯-乙烯共聚物、磺化苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、磺化苯乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物中的任意一种或至少两种的组合；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述微射流均质分散的压力为70-150MPa；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抗反极催化剂包括铱单质、铱氧化物、钌单质、钌氧化物、钛氧化物或铱钌合金中的任意一种或至少两种的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为40-80℃；
6.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
7.一种改性抗反极催化剂，其特征在于
8.一种抗反极阳极浆液，其特征在于，所述抗反极阳极浆液包括如权利要求7所述的改性抗反极催化剂，还包括阳极催化剂和第二离聚物；
9.一种如权利要求8所述的抗反极阳极浆液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将改性抗反极催化剂、阳极催化剂、第二离聚物和溶剂混合后进行微射流均质分散，得到所述抗反极阳极浆液；
10.一种燃料电池膜电极，其特征在于，所述燃料电池膜电极包括质子交换膜和催化层，所述催化层的材料包括如权利要求8所述的抗反极阳极浆液。
...【技术特征摘要】
1.一种改性抗反极催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将离聚物分散液和抗反极催化剂混合后进行微射流均质分散，得到抗反极催化剂浆液；所述离聚物分散液的分散剂包括水和醇类溶剂的组合；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离聚物分散液中的离聚物包括全氟磺酸聚合物、磺化三氟苯乙烯聚合物、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化苯乙烯-乙烯共聚物、磺化苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚物、磺化苯乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物中的任意一种或至少两种的组合；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述微射流均质分散的压力为70-150mpa；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抗反极催化剂包括铱单质、铱氧化物、钌单质、钌氧化物、钛氧化物或铱钌合金中的任意一种或至少两种的组合；
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李奇，晁威，马洪科，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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