本发明专利技术公开直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料及制备方法和应用，该浆料的制备原料包括离聚物、第一溶剂、催化剂、第二溶剂和去离子水，第一溶剂具有低沸点，第二溶剂具有高沸点。本发明专利技术中，使用低速球磨工艺，在第一溶剂体系中，充分打开离聚物主链，避免离聚物聚集体后续与催化剂的团聚问题；使用较高速的球磨工艺，易获得均匀分散且体系稳定的催化剂浆料，充分改善后续使用过程中浆料体相内的沉降、再分散造成的浆料分布不均匀导致的膜电极性能失效等问题；采用脱泡工艺除去催化剂浆料中的气泡，避免涂布过程中催化层产生针孔、气泡孔等外观缺陷；该浆料双面直涂于质子膜上制备膜电极，工艺简单、生产效率高、维护费用低、易于规模化生产。规模化生产。规模化生产。
【技术实现步骤摘要】
直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料及制备方法和应用
[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料及制备方法和应用。
技术介绍
[0002]近年来，清洁能源的发展日新月异，以氢气为燃料来源的质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)也进入了商业化快速发展的阶段，膜电极组(MEA，Membrane Electrode Assembly)作为PEMFC中的核心组件，提供了多相物质传输的微通道和电化学反应的场所。
[0003]当前，MEA的制备形式一般有以下三种：(1)催化层浆料成型于气体扩散层，形成气体扩散电极(GDE，Gas Diffusion Electrode)，该工艺的优点为制备过程浆料配方工艺窗口宽，缺点是GDE与PEM压合后无法实现分子层面的全接触，界面电阻大；(2)催化层浆料成型于质子交换膜，即催化剂涂覆质子交换膜(CCM，Catalyst Coated Membrane)，该工艺的优点为催化层离聚物分子与PEM表面离聚物分子充分接触交联，界面电阻小，但却由于溶剂体系与质子膜直接接触而引起离聚物溶胀变形导致的样品外面缺陷不良问题；(3)有序化膜电极技术，把催化剂制备到有序化纳米结构上，使电极呈现有序化结构，可进一步提高燃料电池性能，降低催化剂铂载量，但该技术难点较多，目前仍处于研发试验阶段，尚未达到规模化量产的条件。
[0004]针对CCM工艺技术，可以采用：(1)催化层浆料成型于PEFT等惰性基材上，随后热压转印至PEM两侧，形成燃料电池阴阳极催化层，该方法有效解决了CCM工艺形式造成的PEM离聚物溶胀带来的一系列问题，但工序复杂，且热压步骤的引入导致催化层孔隙率、孔结构尺寸及分布恶化，增加了反应过程中物质传输的阻力；(2)催化层浆料直接涂布成型于PEM两侧，形成燃料电池阴阳极催化层，该制备工艺可实现卷对卷直涂，大大提高了产品的生产效率，但同时对浆料的粘度、流变特性、储存稳定性等提出了更高的要求。上述制备形式各有优缺点，但从规模化生产效率的角度来讲，采用催化层直涂于质子膜上的形式易实现大批量、规模化的生产，但目前技术尚不完全成熟。因此，如何开发一种能够直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料成为人们的研究热点。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供了直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料及制备方法和应用。
[0006]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料，所述燃料电池催化剂浆料的制备原料包括：离聚物、第一溶剂、催化剂、第二溶剂和去离子水，所述第一溶剂具有低沸点，所述第二溶剂具有高沸点。
[0008]本专利技术还公开了直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料的制备方法，包括以下步
骤：
[0009]S1：称取一定量的离聚物，加入一定量具有低沸点及适宜介电常数的第一溶剂，在风冷条件下进行球磨，混合均匀，得到离聚物分散液；
[0010]S2：称取一定量的催化剂，加入去离子水，进行尖端超声，得到催化剂分散液；
[0011]S3：将离聚物分散液和催化剂分散液混合，加入具有低分子量和高沸点的第二溶剂作为增稠剂，在风冷条件下进行球磨，混合均匀，得到催化层浆料；
[0012]S4：对催化层浆料进行脱泡处理，得到所需燃料电池催化剂浆料。
[0013]进一步的，步骤S1中，所述离聚物与第一溶剂的质量比为(0.1
‑
10):1；所述离聚物为商用Nafion、Aquivion、Flemion、Aciplex中的一种或几种的组合，所述第一溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯中的一种或几种的组合。
[0014]进一步的，步骤S1中，在风冷条件下，使用行星球磨机进行球磨，设定公转自转比(1
‑
2):1，自转转速150
‑
350rpm，球磨时长8
‑
24h。
[0015]进一步的，步骤S2中，所述催化剂与去离子水的质量比为1:(2
‑
10)；所述催化剂为商用Pt/C、PtCo/C、PtNi/C、Ir/C、IrRu/C、PtRu/C、PtIr/C中的一种或几种的组合。
[0016]进一步的，步骤S2中，在循环冷却水温5
‑
10℃条件下，使用尖端超声设备进行超声，设定超声频率12
‑
24kHz，输出功率50％
‑
80％，超声处理5
‑
20min。
[0017]进一步的，步骤S3中，所述离聚物分散液、催化剂分散液和第二溶剂的质量比为(1
‑
4):1:(1
‑
2)；所述第二溶剂为乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或几种的组合。
[0018]进一步的，步骤S3中，在风冷条件下，使用行星球磨机进行球磨，设定公转自转比(1
‑
2):1，自转转速450
‑
600rpm，球磨时长2
‑
8h；所述催化层浆料的固含为8
‑
15％，粘度为50
‑
300cP。
[0019]进一步的，步骤S4中，使用真空行星脱泡机将催化层浆料进行脱泡处理，设定公转自转比(1
‑
2):1，自转转速1000
‑
3000rpm，真空度0.1
‑
0.3bar，处理时长5
‑
10min。
[0020]本专利技术还公开了直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料在燃料电池中的应用，所述燃料电池包括膜电极，所述膜电极包括阴极催化层和阳极催化层，所述阴极催化层载量为0.2
‑
0.4mg/cm2，所述阳极催化层载量为0.05
‑
0.15mg/cm2；
[0021]所述阴极催化层采用以下步骤制备得到：将权利要求1所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料作为阴极催化层浆料成膜至质子交换膜一侧，形成阴极催化层；
[0022]所述阳极催化层采用以下步骤制备得到：将权利要求1所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料作为阳极催化层浆料成膜至质子交换膜相对的另一侧，形成阳极催化层；
[0023]所述阴极催化层和阳极催化层的成膜的工艺参数分别为：
[0024]供料速度1
‑
20mL/min，质子膜走速1
‑
30mm/s，第一道烘箱温度40
‑
80℃，第二道烘箱温度60
‑
90℃，涂布模头间隙20
‑
200μm，狭缝间隙100
‑
400μm。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]本专利技术公开了直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料及制备方法和应用，该燃本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料，其特征在于，所述燃料电池催化剂浆料的制备原料包括：离聚物、第一溶剂、催化剂、第二溶剂和去离子水，所述第一溶剂具有低沸点，所述第二溶剂具有高沸点。2.根据权利要求1所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：称取一定量的离聚物，加入一定量具有低沸点及适宜介电常数的第一溶剂，在风冷条件下进行球磨，混合均匀，得到离聚物分散液；S2：称取一定量的催化剂，加入去离子水，进行尖端超声，得到催化剂分散液；S3：将离聚物分散液和催化剂分散液混合，加入具有低分子量和高沸点的第二溶剂作为增稠剂，在风冷条件下进行球磨，混合均匀，得到催化层浆料；S4：对催化层浆料进行脱泡处理，得到所需燃料电池催化剂浆料。3.根据权利要求2所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述离聚物与第一溶剂的质量比为(0.1
‑
10):1；所述离聚物为商用Nafion、Aquivion、Flemion、Aciplex中的一种或几种的组合，所述第一溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯中的一种或几种的组合。4.根据权利要求2所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在风冷条件下，使用行星球磨机进行球磨，设定公转自转比(1
‑
2):1，自转转速150
‑
350rpm，球磨时长8
‑
24h。5.根据权利要求2所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述催化剂与去离子水的质量比为1:(2
‑
10)；所述催化剂为商用Pt/C、PtCo/C、PtNi/C、Ir/C、IrRu/C、PtRu/C、PtIr/C中的一种或几种的组合。6.根据权利要求2所述的直涂于质子膜上的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在循环冷却水温5
‑
10℃条件下，使用尖端超声设备进行超声，设定超声频率12
‑
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓云，庞从武，徐鑫，
申请(专利权)人：苏州安斯迪克氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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