[發明專利]催化劑墨水及其制備方法、燃料電池和車輛

在審

• 申請號: 201811278676.1
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN111117349A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 金東一;黃仁哲;張家海
• 申請（專利權）人: 長城汽車股份有限公司
• 主分類號: C09D11/106
• 分類號: C09D11/106;C09D11/108;C09D11/102;C09D11/03;C09D11/033;H01M4/92
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明提出了催化劑墨水及其制備方法、燃料電池和汽車。該催化劑墨水包括：催化劑、連接劑、添加劑以及溶劑，所述溶劑包括水、一元醇以及二元醇之中的至少之一，所述溶劑與所述催化劑、所述連接劑、所述添加劑形成共沸混合物，所述催化劑包括具有多孔結構的碳基載體，以及負載在所述碳基載體上的活性金屬，且所述催化劑的外表面以及所述多孔結構中，均附著有所述連接劑。該催化劑墨水在利用噴涂等方法形成催化劑層后，可令連接劑較為均勻的負載在催化劑顆粒的表層以及多孔結構中，或均勻分布在催化劑顆粒之間。由此，可以提高利用該催化劑墨水制備的催化劑層的催化性能。

技術領域

本發明涉及能源以及材料領域，具體地，本發明涉及催化劑墨水及其制備方法燃料電池和車輛。

背景技術

隨著傳統能源的衰竭和消耗，綠色儲能裝置以及各類綠色電池受到了研究人員的廣泛關注。由于燃料電池是通過電化學反應，把燃料的化學能轉換成電能，不受卡諾循環效應的限制，因此具有能量轉換效率高、有害氣體污染少等優點。雖然燃料電池目前已實現商業化，但仍舊需要進一步降低成本。由于燃料電池需要通過電化學氧化還原反應，將燃料中的化學能進行轉換，因此需要使用能夠催化相應氧化還原反應的催化劑。而催化劑的活性金屬通常為貴金屬，因此目前降低燃料電池生產成本的一個方向，為降低電池電極中催化劑層的催化劑含量。例如，可通過采用具有納米結構的負載物形成催化劑，以提高活性催化組分與離子導體的接觸面積，提高催化效果，還可通過添加功能化的聚合物形成的粒子導體，提高負載有活性金屬的多孔型催化劑的催化性能。具有上述結構以及組成的催化劑混合物通常可制成便于通過噴涂等工藝成膜的催化劑墨水。因此，在大規模生產過程中，保證催化油墨(催化劑墨水)的長期穩定性是非常重要的。

然而，目前用于燃料電池的催化劑墨水，和制備電極催化劑層的方法仍有待改進。

發明內容

有鑒于此，本發明的一個目的在于提出一種催化劑墨水以及利用該催化劑墨水制備催化劑層的方法，以形成具有可被連接劑均勻覆蓋的催化劑的催化劑層。

為達到上述目標，在本發明的一個方面，本發明提出了一種催化劑墨水。該催化劑墨水包括：催化劑、連接劑以及溶劑，所述溶劑包括水、一元醇以及二元醇之中的至少之一，所述溶劑與所述催化劑、所述連接劑形成共沸混合物，所述催化劑包括具有多孔結構的碳基載體，以及負載在所述碳基載體上的活性金屬，且所述催化劑的外表面以及所述多孔結構中，均附著有所述連接劑。

進一步的，所述溶劑的沸點為70-150攝氏度，粘度為0.5-5mPa·s，可在水中混溶或在水中的溶解度大于150g/dm³。

進一步的，所述一元醇包括含有1-10個碳原子的直鏈或支鏈一元醇，所述二元醇包括含有1-15個碳原子的直鏈或支鏈二元醇。

進一步的，所述溶劑進一步包括二甲基亞砜、環丁砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮以及甲基乙酮中的至少之一。

進一步的，所述連接劑包括含有O、S、F中的至少之一的聚合物。

進一步的，所述聚合物的密度為1.6-2.2g/cm³。

進一步的，所述連接劑包括氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、全氟磺酸以及全氟酰亞胺酸中的至少之一。

進一步的，所述聚合物進一步包括以下結構的至少之一：含有1-10個碳原子的支鏈，以及富電子官能團，其中，所述富電子官能團的當量值為500-1000。

進一步的，所述催化劑墨水包括添加劑，所述溶劑可與所述催化劑、所述連接劑以及所述添加劑形成共沸混合物，所述添加劑包括減粘劑、增粘劑、穩定劑以及清除劑中的至少之一，基于所述催化劑墨水的總質量，所述添加劑的含量為0.01wt％～1wt％。