燃料电池催化剂浆液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池催化剂浆液及其制备方法与应用。该燃料电池催化剂浆液的制备方法中，将燃料电池催化剂浸渍于水中，制备燃料电池催化剂浸渍液，将离聚物溶于醇溶剂中，制备离聚物溶液；将燃料电池催化剂浸渍液和离聚物溶液混合、剪切，得到燃料电池催化剂浆液；醇溶剂选自碳原子数为1～4的链烷烃一元醇中的至少一种；水与醇溶剂的质量比为(3.5～2)：(2～3.5)。该燃料电池催化剂浆液的制备方法可以在不添加其他功能添加剂的作用下，就可以提高制得的燃料电池催化剂浆液的分散稳定性及粘度。粘度。粘度。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池催化剂浆液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池制备
，特别是涉及一种燃料电池催化剂浆液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，燃料电池发电不受卡诺循环的限制，发电效率高、比能量高、环境污染小，例如，液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍，甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池高10倍及以上，以天然气等富氢气体为燃料时，二氧化碳的排放量比热机过程减少40％以上，这对缓解温室效应具有重要意义，同时燃料电池结构简单，运动部件少，工作时噪声很低。
[0003]膜燃料电池主要由质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层和阴阳极边框等组成，其中催化层是电化学反应的核心场所，在将化学能转化为电能的过程中起关键作用。传统的催化层的制备方法有超声波喷涂法和狭缝直涂法，前者生产速率缓慢，后者生产速率更快，有利于提高燃料电池的产能，但要求催化剂浆液具有高粘度。且随着科技的发展，对质子交换膜燃料电池的性能提出了更高的要求，相应地对催化剂浆液的分散稳定性提出了更高的要求，而传统技术中为提高催化剂浆液的分散稳定性及粘度，常需要通过添加额外的功能性添加剂，如增稠剂、表面活性剂及分散剂等，如此，导致成本增加，不利于提高燃料电池的产能提高。
[0004]因此，传统技术仍有待改进。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供了一种燃料电池催化剂浆液及其制备方法与应用，该燃料电池催化剂浆液的制备方法可以在不添加其他功能添加剂的作用下，就可以提高制得的燃料电池催化剂浆液的分散稳定性及粘度。
[0006]本申请的一方面，提供一种燃料电池催化剂浆液的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将燃料电池催化剂浸渍于水中，制备燃料电池催化剂浸渍液；
[0008]将离聚物溶于醇溶剂中，制备离聚物溶液；
[0009]将所述燃料电池催化剂浸渍液和所述离聚物溶液混合、剪切，得到燃料电池催化剂浆液；
[0010]所述醇溶剂选自碳原子数为1～4的链烷烃一元醇中的至少一种；所述水与所述醇溶剂的质量比为(3.5～2)：(2～3.5)。
[0011]在其中一些实施例中，所述燃料电池催化剂与所述水的质量比为1:(4～9)；和/或
[0012]所述离聚物与所述醇溶剂的质量比为1:(14～25)。
[0013]在其中一些实施例中，所述醇溶剂选自正丙醇、异丙醇和乙醇中的至少一种。
[0014]在其中一些实施例中，所述剪切的速率为10m/s～30m/s，时间为5分钟～60分钟。
[0015]在其中一些实施例中，所述离聚物为经干燥处理后的离聚物，所述干燥处理的步
骤包括如下步骤：
[0016]将离聚物于110℃～150℃下进行加热处理，去除溶剂，得到所述干燥后的离聚物。
[0017]在其中一些实施例中，所述燃料电池催化剂为碳负载金属催化剂，所述碳负载金属催化剂中的碳载体与离聚物的质量比为(0.7～1.1):1；和/或
[0018]所述离聚物选自EW值为500g/mol～1100g/mol的全氟磺酸离聚物。
[0019]在其中一些实施例中，所述碳负载金属催化剂中的金属包括Pt/C；和/或
[0020]所述碳负载金属催化剂中的金属的质量占比为30％～60％。
[0021]本专利技术的另一方面，提供一种燃料电池催化剂浆液，采用如上所述的燃料电池催化剂浆液的制备方法制得。
[0022]在其中一些实施例中，所述燃料电池催化剂浆液的固含量为9％～15％。
[0023]本专利技术的又一方面，提供一种燃料电池催化膜，所述燃料电池催化膜采用如上所述的燃料电池催化剂浆液制得。
[0024]本专利技术的又一方面，提供一种燃料电池，所述燃料电池包括如上所述的燃料电池催化膜。
[0025]上述燃料电池催化剂浆液的制备方法中，将燃料电池催化剂浸渍于水中，制备燃料电池催化剂浸渍液，将离聚物溶于醇溶剂中，先控制燃料电池催化剂与离聚物分别与特定的溶剂混合，然后将燃料电池催化剂浸渍液和离聚物溶液混合，并控制水与醇溶剂的质量比，从而使燃料电池催化剂颗粒之间和/或与离聚物中的离子之间，形成适当的相互作用，使燃料电池催化剂颗粒稳定分散在溶剂中，避免粒子堆叠，制得的燃料电池催化剂浆液兼具良好的分散稳定性及粘度。
[0026]上述燃料电池催化剂浆液的制备方法可以在不添加其他功能添加剂的作用下，就可以提高制得的燃料电池催化剂浆液的分散稳定性及粘度，若引入新的功能性添加剂，反而会削弱空间位阻作用，打破粒子间特定的相互作用平衡。
附图说明
[0027]图1为实施例1中膜电极的功率密度曲线图；
[0028]图2为实施例2中膜电极的功率密度曲线图；
[0029]图3为实施例3中膜电极的功率密度曲线图；
[0030]图4为实施例4中膜电极的功率密度曲线图；
[0031]图5为实施例5中膜电极的功率密度曲线图；
[0032]图6为对比例1中膜电极的功率密度曲线图；
[0033]图7为对比例2中膜电极的功率密度曲线图；
[0034]图8为对比例3中膜电极的功率密度曲线图；
[0035]图9为对比例4中膜电极的功率密度曲线图。
具体实施方式
[0036]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。具体实施例中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0037]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0038]术语“碳原子数为1～4的链烷烃”是指碳原子数为1～4的链饱和烃，即碳原子之间通过单键连接且不成环的饱和烷烃，包括直链和支链烷烃；“碳原子数为1～4的链烷烃一元醇”为碳原子数为1～4的链烷烃上的一个氢原子被羟基取代形成的化合物，包括直链或支链烷烃。其中“碳原子数为1～4的烷烃”的实例包括但不限于：甲烷、乙烷、正丙烷、异丙烷、正丁烷等，由此，形成的碳原子数为1～4的链烷烃一元醇的实例包括但不限于：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇等。
[0039]正如
技术介绍
所述，传统技术中为提高催化剂浆液的分散稳定性及粘度，常需要通过添加额外的功能性添加剂，如增稠剂、表面活性剂及分散剂等，如此，不利于提高燃料电池的产能。
[0040]本申请的技术人员在实验过程中偶然发现：在制备燃料电池催化剂浆液时，燃料电池催化剂和离聚物在溶剂中的分散性不同，混合之后粒子间的相互作用也受到溶剂环境的影响，从而影响到燃料电池催化剂浆液的分散稳定性及粘度，本专利技术的技术人员在经过大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池催化剂浆液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将燃料电池催化剂浸渍于水中，制备燃料电池催化剂浸渍液；将离聚物溶于醇溶剂中，制备离聚物溶液；将所述燃料电池催化剂浸渍液和所述离聚物溶液混合、剪切，得到燃料电池催化剂浆液；所述醇溶剂选自碳原子数为1～4的链烷烃一元醇中的至少一种；所述水与所述醇溶剂的质量比为(3.5～2)：(2～3.5)。2.如权利要求1所述的燃料电池催化剂浆液的制备方法，其特征在于，所述燃料电池催化剂与所述水的质量比为1:(4～9)；和/或所述离聚物与所述醇溶剂的质量比为1:(14～25)。3.如权利要求1所述的燃料电池催化剂浆液的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂选自正丙醇、异丙醇和乙醇中的至少一种。4.如权利要求1～3任一项所述的燃料电池催化剂浆液的制备方法，其特征在于，所述剪切的速率为10m/s～30m/s，时间为5分钟～60分钟。5.如权利要求1～3任一项所述的燃料电池催化剂浆液的制备方法，其特征在于，所述离聚物为经干燥处理后的离聚物，所述干燥处理的步骤包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中天，唐柳，朱雅男，王晶晶，王绍杉，马亮，杨帅，苗梓航，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：