[發(fā)明專利]膜電極催化層、氣體傳感器的制備方法和氣體傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910205510.1
• 申請(qǐng)日: 2009-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102044679A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興杰;蔡騰宇;李彥舟;李南海;吳海軍;樂(lè)斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M8/02;G01N27/407;G01N27/31
• 代理公司: 深圳市深佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44285
• 代理人: 彭愿潔;李文紅

1.一種膜電極催化層的制備方法，包括：配置包含催化劑的料漿，用配置的料漿制備膜電極的催化層；其特征在于，所述配置包含催化劑的料漿具體包括：

將碳載催化劑加水濕潤(rùn)；

對(duì)碳粉顆粒進(jìn)行親水處理，使得所述碳粉顆粒之間緊密堆積；

根據(jù)碳粉顆粒緊密堆積后的占空比，碳載催化劑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載催化劑的質(zhì)量，計(jì)算出填充所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)量；

將質(zhì)量大于或者等于所述計(jì)算出的有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)量的有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體，加入到親水處理后的混合料漿中；

攪拌當(dāng)前的混合料漿，從而得到所述包含催化劑的料漿。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述碳載催化劑中，催化劑顆粒均勻分布在碳粉顆粒周圍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述碳載催化劑為碳載鉑，所述將碳載催化劑加水濕潤(rùn)之前，所述方法還包括：

對(duì)碳粉顆粒上的羥基進(jìn)行均勻化處理；

將均勻化處理的后的碳粉加入包含有Pt²⁺的緩沖溶液中，制備出碳載鉑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述用配置的料漿制備膜電極的催化層，具體包括：

將料漿涂布干燥，且控制干燥后形成的膜電極的催化層的厚度在0.5～5微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述碳載催化劑為碳載鉑，所述有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體為Nafion樹(shù)脂；所述根據(jù)碳粉顆粒緊密堆積后的占空比，碳載催化劑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載催化劑的質(zhì)量，計(jì)算出填充所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)量，具體包括：

根據(jù)碳粉顆粒六方緊密堆積后的占空比為74.1∶25.9，碳載鉑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載鉑的質(zhì)量，計(jì)算出填充所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的Nafion樹(shù)脂的質(zhì)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述碳載催化劑為碳載鉑，所述有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體為Nafion樹(shù)脂；所述根據(jù)碳粉顆粒緊密堆積后的占空比，碳載催化劑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載催化劑的質(zhì)量，計(jì)算出填充所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的有機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)量，具體包括：

由于所述碳粉顆粒大小不均一，導(dǎo)致緊密堆積后的碳粉顆粒之間的孔隙減小，其中，六方緊密堆積后的孔隙是減小后的孔隙的1.1倍，從而獲得緊密堆積后的占空比為3.26；

根據(jù)所述緊密堆積后的占空比為3.26，碳載鉑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載鉑的質(zhì)量，計(jì)算出填充所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的Nafion樹(shù)脂的質(zhì)量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述預(yù)置的質(zhì)量比的碳載鉑為：鉑與碳的質(zhì)量的百分比為30％的碳載鉑(30％的Pt/C)；

則所述根據(jù)所述緊密堆積后的占空比為3.26，碳載鉑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載鉑的質(zhì)量，計(jì)算出填充所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的Nafion樹(shù)脂的質(zhì)量，具體包括：

根據(jù)所述占空比為3.26，碳載鉑的質(zhì)量比，和當(dāng)前使用的碳載鉑的質(zhì)量，獲知所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的空間的體積，其中，Pt顆粒的體積忽略不計(jì)；

根據(jù)Nafion樹(shù)脂的密度，和所述緊密堆積的碳粉顆粒之間孔隙的空間的體積，獲知填充所有孔隙所需Nafion樹(shù)脂的質(zhì)量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膜電極催化層的制備方法，其特征在于，所述用配置的料漿制備膜電極的催化層，具體包括：

將配置的所述料漿在30～90℃加熱，將變稠后的料漿直接涂覆在所述膜電極的質(zhì)子交換膜上，或者，直接涂覆在所述膜電極的整平層上，形成膜電極的催化層。

9.一種制備氣體傳感器的方法，包括制備用于裝被測(cè)氣體的氣體室，制備用于裝標(biāo)準(zhǔn)氣體的氣體室，和制備膜電極及所述膜電極的外電路；其特征在于，所述制備膜電極中的催化層的方法具體包括如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的一種膜電極催化層的制備方法。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制備氣體傳感器的方法，其特征在于，所述制備膜電極中的擴(kuò)散層，具體包括：

采用濃度為20％～60％的特氟龍作為擴(kuò)散層材料。

11.一種氣體傳感器，包括，第一氣體室、第二氣體室、膜電極和外電路，其特征在于，所述膜電極中的催化層采用如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的方法制備；

所述第一氣體室，用于裝被測(cè)氣體；

所述第二氣體室，用于裝預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)氣體；

所述膜電極位于所述第一氣體室和所述第二氣體室之間，所述被測(cè)氣體和所述標(biāo)準(zhǔn)氣體在所述膜電極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；

所述外電路，用于將所述膜電極上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)中陽(yáng)極產(chǎn)生的電子傳輸?shù)疥帢O，為陰極側(cè)催化層上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)提供電子。