[發明專利]一種陰極催化層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210082313.0
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114420948A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 王晶晶;唐柳;張中天;朱雅男;劉曉雪;高夢陽;馬亮;苗梓航
• 申請（專利權）人: 一汽解放汽車有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 韓承志

1.一種陰極催化層，其特征在于，所述陰極催化層包括第一催化層和第二催化層，所述第一催化層包括第一離聚物，所述第二催化層包括第二離聚物，所述第一離聚物的離子交換當量＜第二離聚物的離子交換當量，所述第一離聚物的側鏈長度＜第二離聚物的側鏈長度。

2.如權利要求1所述的陰極催化層，其特征在于，所述第一離聚物包括Aquivion離聚物和/或3M離聚物；

優選地，所述第二離聚物包括Nafion離聚物；

優選地，所述第一離聚物包括Aquivion EW830、Aquivion EW833、Aquivion EW700或3MPFSA EW725中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，所述第二離聚物包括Nafion EW1100和/或Nafion EW1000。

3.如權利要求1或2所述的陰極催化層，其特征在于，所述陰極催化層的厚度為14～18μm；

優選地，所述第一催化層的厚度為8～11μm；

優選地，所述第二催化層的厚度為4～7μm。

4.如權利要求1-3任一項所述的陰極催化層，其特征在于，所述陰極催化層的鉑載量為0.3～0.4mg/cm²；

優選地，所述第一催化層鉑載量為0.2～0.3mg/cm²；

優選地，所述第二催化層鉑載量為0.1～0.2mg/cm²。

5.一種如權利要求1-4任一項所述陰極催化層的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將第一催化劑、去離子水、第一分散溶劑和第一離聚物混合，得到第一催化劑漿液；

(2)將第二催化劑、去離子水、第二分散溶劑和第二離聚物混合，得到第二催化劑漿液；

(3)將第一催化劑漿液和第二催化劑漿液依次涂覆在質子交換膜上，干燥得到所述陰極催化層。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述第一催化劑包括鉑碳催化劑；

優選地，所述第一分散溶劑包括正丙醇、異丙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、甲醇或乙醇中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，以所述第一催化劑漿液的質量為100％計，所述第一催化劑的質量分數為1～2％；

優選地，所述去離子水的質量分數為10～30％；

優選地，所述第一分散溶劑的質量分數為20～60％；

優選地，所述第一離聚物的質量分數為0.4～1.25％；

優選地，所述第一離聚物和所述第一催化劑中碳載體的質量比為0.6～0.9:1。

7.如權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述第二催化劑包括鉑碳催化劑；

優選地，所述第二分散溶劑包括正丙醇、異丙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、甲醇或乙醇中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，以所述第二催化劑漿液的質量為100％計，所述第二催化劑的質量分數為1～2％；

優選地，所述去離子水的質量分數為10～20％；

優選地，所述第二分散溶劑的質量分數為30～70％；

優選地，所述第二離聚物的質量分數為0.4～1％；

優選地，所述第二離聚物和所述第二催化劑中碳載體的質量比為0.55～0.85:1。

8.如權利要求5-7任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(2)所述混合的方法包括超聲；

優選地，所述超聲的時間為3～6h；

優選地，所述超聲的溫度為-15～0℃；

優選地，所述超聲的濕度為20～40％RH；

優選地，步驟(3)所述干燥的溫度為80～100℃。

9.一種膜電極，其特征在于，所述膜電極包含如權利要求1-4任一項所述的陰極催化層，所述膜電極包括質子交換膜，所述質子交換膜靠近第一催化層。

10.一種燃料電池，其特征在于，所述燃料電池包含如權利要求9所述的膜電極。