[發明專利]燃料電池催化劑漿料過濾方法和過濾系統

在審

• 申請號: 201910055686.7
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109772004A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 蔣曉強;朱為民;李佳佳;謝小軍;黃鵬輝;王海江;李輝
• 申請（專利權）人: 深圳市南科燃料電池有限公司
• 主分類號: B01D29/56
• 分類號: B01D29/56;B01D29/25
• 代理公司: 深圳市韋恩肯知識產權代理有限公司 44375
• 代理人: 黃昌平

本發明涉及燃料電池的技術領域，公開了燃料電池催化劑漿料過濾方法和過濾系統，過濾系統包括攪拌混合裝置、首端過濾器、Y型過濾器、料槽以及依次連接上述各部分的輸料管，所述輸料管上安裝有轉速可調、正反轉可逆的蠕動泵。通過本發明中的過濾系統過濾后所制備的漿料，不僅混合均勻，而且能杜絕氣泡和大顆粒，最終的催化劑層具有表面光滑、無大顆粒、無劃痕及細孔等優點。

技術領域

本發明涉及燃料電池的技術領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種將燃料中儲存的化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置，它具有高能效、高能量密度，及零排放等特點，廣泛應用于各種能源領域，特別是作為交通運輸工具的動力及發電站等。

質子交換膜燃料電池是將燃料(氫氣)和空氣轉化成電能的經催化的電化學反應是在燃料電池的核心部件膜電極(MEA)中進行的。膜電極一般由5部分組成：中間的質子交換膜、兩側的陰/陽極催化層和最外側的陰/陽極氣體擴散層。催化層是由催化劑和全氟磺酸離子交聯聚合物分散在溶劑中所形成的催化劑漿料，經不同的涂布工藝附著到質子交換膜或者氣體擴散層上制成的。其中，催化劑漿料在制備過程中，存在未溶解的離子樹脂和團聚的催化劑大顆粒，而且由催化劑與醇發生副反應產生氫氣和在漿料混合過程中引入空氣等原因引起漿料中含有大量的氣泡，這將會導致涂布后的催化層中各組分分布不均勻，團聚的大顆粒在催化層上產生劃痕、損壞質子交換膜，催化層出現細孔缺陷和開裂等不良產品，致使燃料電池在運作過程中功率性能降低甚至失效。

燃料電池催化劑漿料由于分散不均、團聚使漿料中含有大顆粒及漿料中含有大量氣泡，漿料直接進入涂布機容易堵塞涂布機的刮刀間隙，導致催化層有劃痕、損壞質子交換膜及細孔缺陷等問題，嚴重影響催化層生產效率和合格率。

發明內容

本發明的目的在于提供燃料電池催化劑漿料過濾方法和過濾系統，旨在解決現有技術中團聚使漿料中含有大顆粒及漿料中含有大量氣泡，漿料直接進入涂布機容易堵塞涂布機的刮刀間隙，導致催化層有劃痕、損壞質子交換膜及細孔缺陷等，嚴重影響催化層生產效率和合格率的問題。

本發明是這樣實現的，提供燃料電池催化劑漿料過濾方法，包括以下步驟：將催化劑、全氟磺酸溶液、溶劑攪拌均勻混合為漿料，其中所述催化劑的鉑含量為20wt％～70wt％，所述全氟磺酸醇溶液質量分數為5％～30％；將裝有首端過濾器的輸料管置于所述漿料中，經過蠕動泵將所述漿料泵入所述輸料管中；經過所述輸料管的尾端過濾器將所述漿料輸送到涂布機頭的料槽。

進一步地，所述催化劑包括碳載鉑、碳載鉑鈀、碳載鉑釕、碳載鉑銥中的一種。

進一步地，所述溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇中的一種或幾種的混合物。

進一步地，將所述催化劑、所述全氟磺酸溶液、所述溶劑攪拌均勻混合時，采用機械攪拌和超聲混合。

本發明還提供了過濾系統，包括攪拌混合裝置、首端過濾器、Y型過濾器、料槽以及依次連接上述各部分的輸料管，所述輸料管上安裝有轉速可調、正反轉可逆的蠕動泵。

進一步地，所述首端過濾器與所述輸料管之間采用卡接或鉸接相互連接。

進一步地，所述首端過濾器包括濾孔大小為100-150目的直通型過濾器，其網篩包括不銹鋼網篩、鋁箔網篩、鎳網篩、尼龍網篩中的一種。

進一步地，所述Y型過濾器倒置安裝。

進一步地，所述Y型過濾器內部設有圓柱形過濾篩。

進一步地，所述攪拌混合裝置包括機械攪拌器和超聲混合裝置。

與現有技術相比，本發明中的燃料電池催化劑漿料過濾方法和過濾系統，不僅混合均勻，而且能杜絕氣泡和大顆粒，最終的催化劑層具有表面光滑、無大顆粒、無劃痕及細孔等優點。

附圖說明