[發(fā)明專利]用于制作燃料電池膜電極的催化劑漿料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610028206.0
• 申請(qǐng)日: 2006-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN101098007A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田丙倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海攀業(yè)氫能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M8/02;H01M8/10;H01M4/88
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種催化劑及其制備方法，尤其涉及一種用于制作燃料電池膜電極的催化劑漿料及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池膜電極上的催化劑涂層，是通過將固體顆粒催化劑分散到溶劑中制作成催化劑漿料，再將漿料涂布到質(zhì)子交換膜上，然后烘干成膜制作而成的。催化劑漿料性能的好壞，直接影響到所制作出的膜電極的性能，并且最終影響到燃料電池的發(fā)電性能。

歐洲專利EP?0955687?A2中給出了一種催化劑漿料，主要是將美國Dupont公司生產(chǎn)的Nafion醇水溶液加入MOH，將H⁺形式Nafion溶液變成M⁺型，然后采用高沸點(diǎn)極性溶劑將Dupont公司生產(chǎn)的Nafion醇水溶液蒸發(fā)置換，然后加入催化劑，攪拌形成漿料，涂在擴(kuò)散層上干燥形成催化劑層，然后放入酸中將Nafion的M⁺轉(zhuǎn)換成H⁺。可以看出，電極制作過程非常復(fù)雜。

在PCT/US2003/033133中給出了一種催化劑漿料，漿料中第一溶劑為水，第二溶劑為極性質(zhì)子惰性溶劑如NMP、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、DMSO、乙腈等高沸點(diǎn)溶劑。這種漿料可保證電極在80℃-140℃干燥時(shí)不會(huì)燃燒。

一般而言，制備催化劑漿料的溶劑包括水和有機(jī)溶劑如醇、醚、酯、酮和高沸點(diǎn)NMP，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺、DMSO、乙腈等。

對(duì)于制作催化劑漿料的固體高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體如Dupont公司生產(chǎn)的Nafion，一般是溶解在水和醇的溶液中的。如果單獨(dú)對(duì)該溶液加入催化劑進(jìn)行攪拌、混合，制出的催化劑漿料內(nèi)催化劑和Nafion不能有效的分散和結(jié)合，影響其直接涂在膜上制備CCM燃料電池構(gòu)件，因而影響電池的電極性能。

采用將Nafion/水和醇的溶液進(jìn)行溶劑置換的方法耗時(shí)、耗能，非常麻煩。而且大部分溶劑是有機(jī)溶劑，毒性比較大，操作環(huán)境要求比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題而提供一種用于制作燃料電池膜電極的催化劑漿料及其制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于制作燃料電池膜電極的催化劑漿料，包含固體催化劑顆粒1-40％wt、高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體1-40％wt、水0.1-50％wt和醇1-50％wt，其特點(diǎn)是，還包括有機(jī)酸1-90％wt。

所述的固體催化劑顆粒為含鉑的固體催化劑顆粒。

所述的高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體選自全氟磺酸樹脂、磺化三氟苯乙烯樹脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷樹脂、磺化聚醚醚酮樹脂、磺化聚苯乙烯-聚乙烯共聚物樹脂和磺化聚苯乙烯-聚乙烯/丁烯-聚苯乙烯樹脂。

所述的有機(jī)酸選自含-COOH基或含有-SO₃H基的有機(jī)酸中的一種或幾種。

所述的含-COOH基的有機(jī)酸包括甲酸、乙酸、丙烯酸、丁二酸、草酸、蘋果酸和EDTA。

所述的醇選自甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、甘油中的一種或幾種。

一種催化劑漿料的制備方法，以固體催化劑顆粒1-40％wt、高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體1-40％wt、有機(jī)酸1-90％wt、水0.1-50％wt和醇1-50％wt為基本原料，采用以下步驟制備：

a、制作高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體的分散液

將高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體1-40％wt、水0.1-50％wt和醇1-50％wt混合，在放入高壓釜中，密封，加熱，并不斷攪拌3小時(shí)，冷卻后即得高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體的分散液；

b、制作催化劑漿料

將固體催化劑顆粒1-40％wt、有機(jī)酸1-90％wt和步驟a所得高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體的分散液混合在一起用超聲波震蕩，并不斷攪拌，制成催化劑漿料。

步驟a中所述的高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體的分散液也可以采用市售的商品。

所述的固體催化劑顆粒為含鉑的固體催化劑顆粒；所述的高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體選自全氟磺酸樹脂、磺化三氟苯乙烯樹脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷樹脂、磺化聚醚醚酮樹脂、磺化聚苯乙烯-聚乙烯共聚物樹脂和磺化聚苯乙烯-聚乙烯/丁烯-聚苯乙烯樹脂；所述的有機(jī)酸選自含-COOH基或含有-SO₃H基的有機(jī)酸中的一種或幾種；所述的醇選自甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇，甘油中的一種或幾種。

所述的含-COOH基的有機(jī)酸包括甲酸、乙酸、丙烯酸、丁二酸、草酸、蘋果酸和EDTA。