[發(fā)明專利]一種燃料電池膜電極漿料制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111506554.5
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114204053A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李婷;謝光有;姚敏翾;朱磊鋒;孔禹;尤健
• 申請（專利權(quán)）人: 東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉磊

本發(fā)明公開了一種燃料電池膜電極漿料制備方法，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1.依次加入催化劑、水、醇類溶劑及離聚物，通過磁力攪拌形成預(yù)混物，所述醇類溶劑為2?3個碳的醇溶劑；S2.將所述預(yù)混物放入水浴中，采用超聲波分散；S3.超聲分散后的漿料中加入醇類溶劑，再采用密封式高速剪切進(jìn)行分散，分散完成后即制得所需漿料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池膜電極漿料制備方法。

背景技術(shù)

膜電極的催化層是燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的核心場所，也是決定膜電極功率密度的關(guān)鍵區(qū)域。催化層是由鉑系催化劑和質(zhì)子導(dǎo)體離聚物共同構(gòu)建，且呈微納米尺度的微孔結(jié)構(gòu)。在催化層中，只有當(dāng)催化劑鉑粒子和離聚物相接觸，且共同暴露在氫氣和氧氣分子能夠擴(kuò)散的位置如孔表面，形成氣－液－固三相反應(yīng)界面，才能使氫－氧電化學(xué)反應(yīng)高效開展。催化層的三相反應(yīng)界面越大，發(fā)生反應(yīng)的活性位點(diǎn)就越多，膜電極的功率密度就越大，性能就越優(yōu)。因此，這就要求催化層具有良好的催化劑/離聚物兩相分布和合理的微孔結(jié)構(gòu)。

由于催化劑和質(zhì)子導(dǎo)體的親疏水性差異較大，相容性不佳；且為了避免催化劑中毒和不影響離聚物的質(zhì)子導(dǎo)電性，漿料制備過程中不允許添加助劑，這就導(dǎo)致很難同時對疏水性的納米催化劑和親水性的高分子離聚物同時實(shí)現(xiàn)良好的分散，難以構(gòu)建合理的兩相分布，從而顯著影響膜電極的性能。目前常用的漿料制備方法主要有三種：球磨、超聲波、剪切式均質(zhì)乳化。球磨分散效率低，通常需要數(shù)小時，且催化劑的損耗和浪費(fèi)明顯；超聲波可以有效的分散納米催化劑，但對長徑比較大且成聚集狀態(tài)的離聚物分散效果不佳；剪切式均質(zhì)乳化作用區(qū)域較小，分散力度不均勻，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)下會引入空氣進(jìn)入漿料，產(chǎn)生大量氣泡，使催化層產(chǎn)生缺陷。

由此可見，上述方法均存在明顯缺陷，不僅難以對漿料中催化劑和離聚物同時進(jìn)行有效分散，影響高活性反應(yīng)界面的構(gòu)建，而且還存在其他不足，這也是膜電極漿料制備中面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池膜電極漿料制備方法，解決現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范中存在難以對漿料中催化劑和離聚物同時進(jìn)行有效分散，影響高活性反應(yīng)界面的構(gòu)建，和其他不足的技術(shù)問題。

本發(fā)明公開了一種燃料電池膜電極漿料制備方法，包括以下步驟：

S1.依次加入催化劑、水、醇類溶劑及離聚物，所述醇類溶劑為2-3個碳的醇溶劑，通過磁力攪拌形成預(yù)混物；

S2.將所述預(yù)混物放入水浴中冷卻，采用超聲波分散；

S3.超聲分散后的漿料中加入醇類溶劑，再采用密封式高速剪切進(jìn)行分散，分散完成后即制得所需漿料。

進(jìn)一步的，所述醇類溶劑為乙醇、異丙醇或正丙醇。

進(jìn)一步的，步驟S1中磁力攪拌轉(zhuǎn)速300-800rpm，攪拌時間3-10min。

進(jìn)一步的，步驟S1中磁力攪拌轉(zhuǎn)速500rpm，攪拌時間5min。

進(jìn)一步的，步驟S1中各組分用量以重量份計分別為：催化劑1份、水8-10份、醇類溶劑2-3份、離聚物2-3份。

進(jìn)一步的，步驟S2中超聲波分散時間為10-20min，超聲波功率為300-1000W。

進(jìn)一步的，步驟S2中水浴溫度為25-30℃。

進(jìn)一步的，步驟S3中醇類溶劑加入量以重量份計為5-8份。

進(jìn)一步的，步驟S3中密封式高速剪切分散2-3min，剪切線速度為20-30m/s。

進(jìn)一步的，步驟S3高速剪切時保持溫度為25-30℃。

進(jìn)一步的，步驟S3中水浴溫度為25℃。

本發(fā)明的有益效果為：