【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种中高温燃料电池催化剂浆料、其制备方法及用途。
技术介绍
1、相比于传统的低温质子交换膜燃料电池，以磷酸掺杂聚苯并咪唑(pbi)体系为代表的中高温燃料电池杂质耐受性强，水热管理简单，可用甲醇、甲酸等重整气直接进料，可有效解决氢气的储运与补给难的问题，在便携式电源、通讯基站、热电联供以及车船动力等领域具有广阔的应用前景。
2、目前中高温燃料电池催化剂浆料主要由水、醇、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，以下简称ptfe)以及催化剂颗粒组成。由于缺少分散剂，浆料分散效果差、容易沉降，特别是在催化剂浆料固含量大于5％的情况下。浆料中催化剂的沉降会导致三相界面难以构筑，使得催化剂的利用率大幅降低，电极的性能与稳定难以保证，从而限制狭缝涂布、丝印、刮涂等涂覆工艺在中高温燃料电池的广泛应用。
3、因此，通常考虑从中高温燃料电池催化剂浆料制备方法入手，提升催化剂浆料的分散稳定性，进而提升膜电极组件的性能与稳定性。
4、专利cn201910055686.7中将催化剂浆料经过搅拌混合装置、手段过滤器、y型过滤器、斜槽以及输料管，得到混合均匀和无大颗粒的浆料，此方法所述的分散并未深刻探究微观纳米级分散的特性。专利cn202010076629.x提出一种含分散助剂的催化剂浆料的制备方法，该浆料的组分包括机溶剂以及溶于有机溶剂中的催化剂、离子导体溶液和分散助剂，其中分散助剂为含氟磺酸聚合物或byk系列分散剂，能够提高浆料的分散性和均匀性。专利
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决中高温燃料电池催化剂浆料的分散稳定性问题，提供一种中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，通过添加分散剂全氟磺酸，调控其与ptfe的比例以及分散方式，大幅改善浆料中催化剂颗粒的沉降，提升浆料分散的稳定性。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，包括：
3、s1，将催化剂、水及醇混匀，分散得到催化剂悬浊液；所述催化剂为耐高温的髙熵合金催化剂；
4、s2，ptfe乳液通过水稀释，得到ptfe溶液，其中，ptfe的质量分数为5％-50％；
5、s3，离聚物通过醇分散，得到离聚物溶液，其中，所述离聚物的质量分数为5％-50％；所述离聚物为全氟磺酸类离聚物；
6、s4，将所述ptfe溶液滴加至所述催化剂悬浊液中，混匀，得到第一催化剂浆料；其中，ptfe与所述催化剂的质量比例为1:(2-20)；
7、s5，将所述离聚物溶液滴加至所述第一催化剂浆料中，混匀，得到中高温燃料电池催化剂浆料，其中，所述离聚物与ptfe的比例以质量百分比例计为0-10％。
8、可选地，s1及s2中，所述醇均为乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇中的至少一种。
9、可选地，s1中水醇体积比为1:(0.5-5)。
10、可选地，s1中所述分散方式包含：磁力搅拌、冰浴超声以及均质分散中的至少一种，磁力搅拌的转速为600r/min，时间为1-24h；超声功率为50-700w，超声时间为10-60min，超声温度为0-5℃；均质分散的转速为12000r/min，时间为0.5-3h。
11、可选地，所述催化剂包含：ptco/c、ptni/c、ptfe/c、ptcu/c以及石墨化载体担载的pt/c碳载铂基催化剂中的至少一种。
12、可选地，催化剂中pt的质量分数为10％-60％。
13、可选地，所述离聚物为nafion或aquivion。
14、本专利技术还提供了一种采用上述的制备方法制备的中高温燃料电池催化剂浆料，包含催化剂、ptfe、离聚物及溶剂，其中，ptfe与所述催化剂的质量比例为1:(2-20)，所述离聚物与ptfe的比例以质量百分比例计为0-10％；所述溶剂为醇及水，所述催化剂为耐高温的髙熵合金催化剂，所述离聚物为全氟磺酸类离聚物。
15、可选地，用于制备中高温燃料电池的电极催化层。
16、可选地，所述中高温燃料电池包含nafion改性体系或磷酸掺杂pbi体系燃料电池。
17、与现有技术相比，本专利技术通过添加分散剂全氟磺酸，调控其与ptfe的比例以及分散方式，有效缓解了中高温燃料电池无离聚物浆料中催化剂的快速团聚与沉降问题，大幅提升催化剂浆料的分散性与稳定性。本专利技术通过引入nafion等亲酸离聚物，可以提升浆料的分散性与稳定性，从微观上均匀分布磷酸(所述磷酸来自掺杂磷酸的质子交换膜)，能够改善中高温燃料电池疏水电极中磷酸分布的均匀性，有效构筑催化剂/磷酸界面的微观结构，增加三相界面(催化剂为固相、离聚物为液相、反应物质如氧气为气相一起构成三相)，提升电池的性能；此外该方法操作简单，制备过程易于控制，制备的浆料适用于狭缝涂布、刮涂、丝印等电极制备。
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1.一种中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，该方法包括：
2.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，S1及S2中，所述醇均为乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇中的至少一种。
3.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，S1中水醇体积比为1:(0.5-5)。
4.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，S1中所述分散方式包含：磁力搅拌、冰浴超声以及均质分散中的至少一种，磁力搅拌的转速为600r/min，时间为1-24h；超声功率为50-700W，超声时间为10-60min，超声温度为0-5℃；均质分散的转速为12000r/min，时间为0.5-3h。
5.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，所述催化剂包含：PtCo/C、PtNi/C、PtFe/C、PtCu/C以及石墨化载体担载的Pt/C碳载铂基催化剂中的至少一种。
6.如权利要求5所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，所述催化剂中，Pt的质量分数为10％-
7.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，所述离聚物为nafion或Aquivion。
8.一种采用如权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制备的中高温燃料电池催化剂浆料，其特征在于，包含催化剂、PTFE、离聚物及溶剂，其中，PTFE与所述催化剂的质量比例为1:(2-20)，所述离聚物与PTFE的比例以质量百分比例计为0-10％；所述溶剂为醇及水，所述催化剂为耐高温的髙熵合金催化剂，所述离聚物为全氟磺酸类离聚物。
9.一种如权利要求8所述的中高温燃料电池催化剂浆料的用途，其特征在于，用于制备中高温燃料电池的电极催化层。
10.如权利要求9所述的中高温燃料电池催化剂浆料的用途，其特征在于，所述中高温燃料电池包含nafion改性体系或磷酸掺杂PBI体系燃料电池。
...【技术特征摘要】
1.一种中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，该方法包括：
2.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，s1及s2中，所述醇均为乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇中的至少一种。
3.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，s1中水醇体积比为1:(0.5-5)。
4.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，s1中所述分散方式包含：磁力搅拌、冰浴超声以及均质分散中的至少一种，磁力搅拌的转速为600r/min，时间为1-24h；超声功率为50-700w，超声时间为10-60min，超声温度为0-5℃；均质分散的转速为12000r/min，时间为0.5-3h。
5.如权利要求1所述的中高温燃料电池催化剂浆料制备方法，其特征在于，所述催化剂包含：ptco/c、ptni/c、ptfe/c、ptcu/c以及石墨化载体担载的pt/c碳载铂基催化剂中的至少一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：姬峰，邓呈维，杨丞，郑博文，罗若尹，高少杰，刘勇，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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