[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池?zé)o雜質(zhì)勻漿工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110733979.3
• 申請(qǐng)日: 2021-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113488669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 明平文;李冰;劉鵬程;楊代軍;張存滿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/92
• 分類號(hào): H01M4/92
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池?zé)o雜質(zhì)勻漿工藝，包括：將催化劑與去離子水進(jìn)行預(yù)混；向預(yù)混漿料中加入離聚物樹(shù)脂溶液后快速混合；混合后漿料進(jìn)行粘度測(cè)試后進(jìn)行調(diào)節(jié)粘度處理；添加增韌劑進(jìn)行快速攪拌；再次測(cè)量粘度并調(diào)節(jié)粘度處理；真空脫除漿料中的微納氣泡；漿料在慢速攪拌、負(fù)壓狀態(tài)下保存。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本本發(fā)明分批次添加漿料原料，提升其分散性，引入溫控步驟穩(wěn)定漿料性質(zhì)，通過(guò)附加真空消泡過(guò)程脫除攪拌過(guò)程形成的氣泡和添加增韌劑提升漿料的涂布性能。本發(fā)明可以有效抑制漿料制備過(guò)程中雜質(zhì)的生成并提升漿料的涂布性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于質(zhì)子交換膜燃料電池制造領(lǐng)域，涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池?zé)o雜質(zhì)勻漿工藝，尤其涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑漿料的制造方法。

背景技術(shù)

氫能作為一種清潔、高效、可持續(xù)的新能源，被視為極具潛力的下一代能源。燃料電池作為氫能的一種利用方式，具有高效、發(fā)電持續(xù)等一系列優(yōu)點(diǎn)，其中質(zhì)子交換膜燃料電池除了燃料電池的普遍優(yōu)勢(shì)外，還具有工作溫度低等優(yōu)點(diǎn)，是理想的移動(dòng)電源和便攜式電源。催化劑層是決定質(zhì)子交換膜燃料電池性能的關(guān)鍵組成部分，其中催化劑層的制備工藝是影響催化劑層結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)鍵。催化劑層是由催化劑、離子溶液和溶劑組成的催化劑漿料在基材上干燥后形成的。催化劑漿料的初始特性和干燥過(guò)程決定了催化劑層的微觀結(jié)構(gòu)，作為電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，催化層的微結(jié)構(gòu)控制著電子、質(zhì)子、反應(yīng)物和產(chǎn)物的輸運(yùn)特性，從而決定了質(zhì)子交換膜燃料電池的性能。因此，控制催化劑漿料的質(zhì)量對(duì)制造均勻的催化層和提升燃料電池性能至關(guān)重要。然而，目前催化劑漿料制造過(guò)程中通常會(huì)發(fā)生顆粒分散不均、雜質(zhì)生成等問(wèn)題。

催化劑漿料性質(zhì)對(duì)催化層的微觀結(jié)構(gòu)起至關(guān)重要的作用，它主要受到催化劑、溶劑、離子聚合物之間的相互作用以及混合方式和副反應(yīng)的影響，目前催化劑漿料配置方法主要使用超聲及高剪切設(shè)備進(jìn)行漿料制備，如Suguru Uemura在文獻(xiàn)中(ECSTransactions,80(8)403-407(2017))報(bào)道，使用超聲預(yù)分散及高速旋轉(zhuǎn)混合器制備漿料，由于超聲過(guò)程的劇烈產(chǎn)熱及高速旋轉(zhuǎn)引入的氣泡殘余在漿料內(nèi)部，導(dǎo)致溶劑正丙醇的氧化，進(jìn)一步促進(jìn)漿料內(nèi)氣泡的長(zhǎng)大以及第三相的生成，導(dǎo)致漿料涂布性能的下降。SuguruUemura還報(bào)道(Journal of The Electrochemical Society,166(2)F89-F92(2019))勻漿過(guò)程的正丙醇溶劑氧化成丙醛及丙酸，正丙醇與丙酸會(huì)進(jìn)一步酯化成丙酸丙酯，從而導(dǎo)致催化劑顆粒的團(tuán)聚，從而影響催化層微觀結(jié)構(gòu)，降低燃料電池性能。中國(guó)專利201611063880.2公開(kāi)了一種燃料電池膜電極催化劑漿料的制備方法。該方法包括如下步驟：(1)依次加入催化劑顆粒、水、高分子聚合物質(zhì)子導(dǎo)體溶液、Teflon溶液，醇和增稠劑，使其混合；(2)先用磁力攪拌器攪拌；然后用剪切乳化機(jī)或均質(zhì)機(jī)繼續(xù)攪拌；最后用超聲波震蕩；得到催化劑漿料。中國(guó)專利申請(qǐng)202010458558.X公開(kāi)了一種燃料電池催化劑漿料制備方法，該方法包括如下步驟：(1)將去離子水與醇按一定比例混合，之后將PTFE乳液滴加至混合溶劑中分散均勻形成PTFE分散液；(2)往催化劑中加入去離子水進(jìn)行充分浸濕，之后往浸濕的催化劑中加入質(zhì)子交換膜溶液并分散均勻形成混合漿液；(3)將步驟1制得的PTFE分散液加入至步驟2制得的混合漿液中并分散均勻制得催化劑漿料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明申請(qǐng)人深入研究后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)都是使用常規(guī)的超聲、磁力攪拌、離心分散、高速剪切分散方式進(jìn)行，未考慮漿料中氣泡以及雜質(zhì)對(duì)漿料性質(zhì)的影響，使得漿料在制備、存儲(chǔ)、輸運(yùn)等過(guò)程發(fā)生質(zhì)量惡化，難以滿足涂布過(guò)程的要求，易導(dǎo)致催化層涂布干燥過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂、微孔等缺陷，從而降低燃料電池性能。

本發(fā)明的目的就是為了提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池?zé)o雜質(zhì)勻漿工藝。