[發明專利]電極催化劑漿液及其制備方法和催化劑涂層膜、燃料電池

有效

• 申請號: 202111105302.1
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113921831B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 唐柳;于力娜;朱雅男;劉江唯;張中天;張克金;劉曉雪;王晶晶;苗梓航
• 申請（專利權）人: 一汽解放汽車有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/92;H01M8/1004
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 侯武嬌

本發明涉及一種電極催化劑漿液的制備方法，包括以下步驟：將催化劑與離聚物溶液進行第一混合分散，在90℃～110℃靜置自組裝，過濾取固體，進行冷凍干燥，制得離聚物包覆的催化劑；將離聚物包覆的催化劑和溶劑進行第二混合分散，得電極催化劑漿液。通過先將催化劑與離聚物溶液進行混合分散，并控制在一定條件下進行靜置自組裝，以及進行冷凍干燥，使催化劑表面包覆有一層具有均勻孔洞的離聚物膜，有效解決了傳統的將催化劑、離聚物和溶劑加在一起出現離聚物和催化劑分布不均勻的問題，通過提高催化層的傳質效率有效提高催化劑利用率，降低鉑載量。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別涉及一種電極催化劑漿液及其制備方法和催化劑涂層膜、燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，又稱電化學發電器，從節約能源和保護生態環境的角度來看，燃料電池被認為具有很大發展前途的發電技術；而其中的質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、功率密度高、快速啟動能力等優點，被認為電動汽車的理想動力源。質子交換膜燃料電池的核心部件為膜電極，其中的催化層是膜電極發生電化學反應的主要場所，催化層的性能直接影響膜電極的性能，而具有良好性能的催化層需具備良好的電子、質子、氣體三相傳輸通道。常見的做法是在催化劑中添加離聚物，使其在具備粘結作用的同時還能充當反應的質子傳輸通道。

然而，傳統的在催化劑中添加離聚物的制備方法是將催化劑、離聚物、溶劑等加在一起進行攪拌，如此無法掌控離聚物與催化劑的形貌，在干燥過程中容易出現離聚物與催化劑分布不均勻，導致三相反應通道不暢，降低燃料電池催化劑的利用率，從而降低燃料電池效率的問題。或者，通過添加一定量的增稠劑，并調整攪拌分散方式，降低了催化劑顆粒的團聚，提高了催化劑的分散性能。然而，增稠劑不會傳導電子和質子，會影響膜電極的性能。

發明內容

基于此，本發明提供了一種電極催化劑漿液及其制備方法和催化劑涂層膜、燃料電池，使得離聚物和催化劑分布均勻。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下。

一種電極催化劑漿液的制備方法，包括以下步驟：

將催化劑與離聚物溶液進行第一混合分散，在90℃～110℃靜置自組裝，過濾取固體，進行冷凍干燥，制得離聚物包覆的催化劑；

將所述離聚物包覆的催化劑和溶劑進行第二混合分散，得所述電極催化劑漿液。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述離聚物溶液的濃度為0.03wt％～8wt％。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述催化劑選自鉑碳和鉑合金碳中的至少一種。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述離聚物溶液中的離聚物與所述催化劑中碳的質量比為(0.5～3.6):1。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述離聚物溶液中的離聚物為全氟磺酸樹脂。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述第一混合分散和/或第二混合分散為剪切分散；

所述第一混合分散和所述第二混合分散的速率均為10000r/min～ 30000r/min，時間為10min～30min。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述靜置自組裝的時間為8h～24h。

在其中一些實施例中，電極催化劑漿液的制備方法中，所述冷凍干燥的溫度為-10℃～-50℃，時間為24h～48h。

本發明提供了一種由上所述的電極催化劑漿液的制備方法制備得到的電極催化劑漿液。