一种水电解槽催化剂浆料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水电解槽催化剂浆料及其制备方法，水电解槽催化剂浆料的制备原料包括催化剂、全氟磺酸、分散剂和去离子水；其中，催化剂包括氧化铱和铂黑。相较于氧化铱催化剂，本发明专利技术在水电解槽催化剂浆料中添加一定量的铂黑，可以有效调控析氧反应中间体的吸附态，在析氧反应动力学机制上缩短该步时间，增加催化剂的塔菲尔斜率，从而增加了析氧反应的催化活性；另外，将铂原子打散插入原有的氧化铱分子间，可以增加氧化铱分子之间的距离，在微观层面上暴露更多的催化活性位点，在降低铱载量的同时不损失反应活性，保留更多的有效反应位点，在长期稳定性测试中不易脱落；氧化铱的表面引入铂，电导率大大增加，降低了该催化层的欧姆阻抗。欧姆阻抗。欧姆阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种水电解槽催化剂浆料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及能源电池
，特别涉及一种水电解槽催化剂浆料及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜电极(MEA)作为质子交换膜(PEM)的核心部件，不仅是电化学反应进行的场所，还起着传输去离子水和排出气体的重要作用。膜电极包括阳极催化层、质子交换膜和阴极催化层，阳极催化层发生析氧反应(OER)，阴极催化层发生析氢反应(HER)，而质子交换膜用于传导质子、隔绝氢气和氧气。
[0003]膜电极中催化层的三相界面和空间构型是由水电解槽催化剂浆料决定的，现有的膜电极水电解槽催化剂浆料通常由氧化铱催化剂、全氟磺酸和去离子水醇溶液经超声和搅拌等分散工艺制备而成，但是由于氧化铱导电性差，从而导致制备得到的膜电极的导电性差。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供一种导电性能好的水电解槽催化剂浆料及其制备方法。
[0005]一种水电解槽催化剂浆料，所述水电解槽催化剂浆料的制备原料包括：
[0006]催化剂；
[0007]全氟磺酸；
[0008]分散剂；以及
[0009]去离子水；
[0010]其中，所述催化剂包括氧化铱和铂黑；
[0011]所述氧化铱中的铱元素与铂黑中的铂元素的质量比为(0.5～1):1。
[0012]优选地，所述所述氧化铱中的铱元素与铂黑中的铂元素的质量比为(0.5～0.8):1。
[0013]优选地，所述全氟磺酸与所述催化剂的质量比为0.3～0.6。
>[0014]优选地，所述分散剂包括正丙醇、异丙醇、乙醇和乙二醇中的至少一种。
[0015]本专利技术还提供一种如上所述的水电解槽催化剂浆料的制备方法，所述水电解槽催化剂浆料的制备方法包括步骤：
[0016]向所述氧化铱和所述铂黑中加入去离子水、分散剂和全氟磺酸，得到混合物；
[0017]将所述混合物经分散处理，得到水电解槽催化剂浆料。
[0018]优选地，所述分散处理的具体步骤包括：
[0019]将所述混合液经球磨、超声、搅拌以及消泡处理，得到所述水电解槽催化剂浆料。
[0020]优选地，所述分散处理的具体步骤包括：
[0021]将所述混合液经球磨处理，得到第一混合液；
[0022]将所述第一混合液经超声处理，得到第二混合液；
[0023]将所述第二混合液经搅拌处理，得到第三混合液；
[0024]将所述第三混合液经消泡处理，得到所述水电解槽催化剂浆料。
[0025]优选地，在将所述球磨处理的步骤中，所述球磨处理的时间为24～72h。
[0026]优选地，在将所述超声处理的步骤中，所述超声处理的功率为300～500W。
[0027]优选地，在将所述搅拌处理的步骤中，所述搅拌处理的转速为10000～30000rpm。
[0028]与现有方案相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术在水电解槽催化剂浆料中添加一定量的铂黑即铂纳米颗粒，相较于纯铱或氧化铱催化剂，本专利技术制得的催化剂可以有效调控析氧反应中间体的吸附态，在析氧反应动力学机制上缩短该步时间，增加催化剂的塔菲尔(Tafel)斜率，从而增加了析氧反应的催化活性；另外，将铂原子打散插入原有的氧化铱分子间，可以增加氧化铱分子之间的距离，在微观层面上暴露更多的催化活性位点，在降低铱载量的同时不损失反应活性，与此同时保留更多的有效反应位点，使催化剂在长期稳定性测试中不易脱落；更重要的是，氧化铱的表面引入铂，使其电导率大大增加，从而降低了催化层的欧姆阻抗。
附图说明
[0030]图1为实施例1、2和对比例1、2的性能测试试验结果图；
[0031]图2为实施例1、2和对比例2的交流阻抗测试结果图；
[0032]图3为实施例1、2和对比例2的四探针电阻率测试结果图；
[0033]图4为实施例2和对比例3的水电解槽催化剂浆料的粒径分布图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值
±
标准差。
[0036]另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0037]本专利技术提供了一种水电解槽催化剂浆料，水电解槽催化剂浆料的制备原料包括催化剂、全氟磺酸、分散剂和去离子水；其中，催化剂包括氧化铱和铂黑，氧化铱中的铱元素与铂黑中的铂元素的质量之比为(0.5～1)：1。
[0038]具体地，本专利技术在水电解槽催化剂浆料中添加一定量的铂黑即铂纳米颗粒，相较于纯铱或氧化铱催化剂，本专利技术制得的催化剂可以有效调控析氧反应中间体的吸附态，在析氧反应动力学机制上缩短该步时间，增加催化剂的塔菲尔(Tafel)斜率，从而增加了析氧反应的催化活性；另外，将铂原子打散插入原有的氧化铱分子间，可以增加氧化铱分子之间
的距离，在微观层面上暴露更多的催化活性位点，在降低铱载量的同时不损失反应活性，与此同时保留更多的有效反应位点，使催化剂在长期稳定性测试中不易脱落；更重要的是，氧化铱的表面引入铂，使其电导率大大增加，从而降低了催化层的欧姆阻抗。在一些实施例中，氧化铱的纯度为99.9％，铂黑的纯度为95.0％。
[0039]作为优选地，氧化铱中的铱元素与铂黑中的铂元素的质量之比为(0.5～0.8)：1。
[0040]在一些实施例中，全氟磺酸与催化剂的质量比为0.3～0.6。
[0041]在一些实施例中，分散剂包括正丙醇、异丙醇、乙醇和乙二醇中的至少一种。
[0042]本专利技术还提供一种如上的水电解槽催化剂浆料的制备方法，水电解槽催化剂浆料的制备方法包括步骤：
[0043]向氧化铱和铂黑中加入去离子水、分散剂和全氟磺酸，得到混合物；
[0044]将混合物经分散处理，得到水电解槽催化剂浆料。
[0045]在一些实施例中，分散处理的具体步骤包括：
[0046]将混合液经球磨、超声、搅拌以及消泡处理，得到水电解槽催化剂浆料。
[0047]在一些实施例中，分散处理的具体步骤包括：
[0048]S100.将混合液经球磨处理，得到第一混合液。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电解槽催化剂浆料，其特征在于，所述水电解槽催化剂浆料的制备原料包括：催化剂；全氟磺酸；分散剂；以及去离子水；其中，所述催化剂包括氧化铱和铂黑；所述氧化铱中的铱元素与铂黑中的铂元素的质量比为(0.5～1):1。2.根据权利要求1所述的水电解槽催化剂浆料，其特征在于，所述所述氧化铱中的铱元素与铂黑中的铂元素的质量比为(0.5～0.8):1。3.根据权利要求1所述的水电解槽催化剂浆料，其特征在于，所述全氟磺酸与所述催化剂的质量比为0.3～0.6。4.根据权利要求1所述的水电解槽催化剂浆料，其特征在于，所述分散剂包括正丙醇、异丙醇、乙醇和乙二醇中的至少一种。5.一种如权利要求1～4所述的水电解槽催化剂浆料的制备方法，其特征在于，所述水电解槽催化剂浆料的制备方法包括步骤：向所述氧化铱和所述铂黑中加入去离子水、分散剂和全氟磺酸，得到混合物；将所述混合物经分散处理，得到水电解槽催化剂浆料。6.根据权利要求5所述的水电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖维，马浩然，
申请(专利权)人：氢辉能源深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：