【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体而言，涉及一种燃料电池膜电极催化剂浆料及其制备方法。
技术介绍
1、膜电极组件(membrane electrode assemblies,mea)是质子交换膜燃料电池最核心的部件，膜电极由质子交换膜，阴阳极催化层和阴阳极气体扩散层组成，其中催化层的设计直接关系到膜电极的电化学催化性能。催化层由碳载铂催化剂，高分子聚合物质子导体组成，不同的浆料配方和制备工艺对催化层的性能具有非常大的影响。
2、对于阳极催化层设计，浆料制备包括催化剂，高分子聚合物质子导体，溶剂的混合；当前浆料制备过程中，选用低比表面积碳载体催化剂和一种高分子聚合物质子导体，配制时浆料粘度较低，无法达到涂布的工艺窗口范围，造成涂布无法实现，阻碍批量催化剂层生产；现有技术中，为保证浆料体系稳定，通常通过增加原有浆料固含量和调配高分子聚合物质子导体与催化剂中碳的比例来提高粘度，但是在催化剂碳载体为石墨化类型时，催化剂比表面积较低和催化剂表面官能团较少，使与溶剂间的相互作用力较低，浆料组分之间作用力太低，致使粘度提高效果很小。此外，基于燃料电池的抗反极需求，需添加含铱催化剂，而铱催化剂载体多为金属氧化物，相比于铂碳催化剂的碳载体其颗粒较大，导致催化层中堆叠颗粒分布不均匀，达不到催化层制造一致性。
3、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂浆料，该浆料通过添加线状纳米碳纤维，在保证催化层电化学性能的同时，显著提高
2、本专利技术的第二目的在于提供上述燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，该方法能将催化剂，线状纳米碳纤维，高分子聚合物质子导体与溶剂充分混合，使催化剂的碳载体和铱催化剂的金属氧化物载体均能被润湿并均匀分散，有利于浆料在均匀分散的基础上提高浆料的粘度，解决现有催化剂浆料粘度低和一致性问题。
3、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
4、一种燃料电池膜电极催化剂浆料，包括按照质量百分含量计的以下组分：催化剂3-18％、高分子聚合物质子导体溶液2-10％、超纯水4-10％、醇70-90％、线状纳米碳纤维0.1-2.5％。
5、可选地，所述催化剂包括铂碳催化剂和铱催化剂，所述铂碳催化剂和所述铱催化剂的质量比为1.5-3.5。
6、可选地，所述铂碳催化剂包括铂和碳载体，所述碳载体为石墨化类型的碳。
7、可选地，所述铂碳催化剂中铂的质量百分含量为30-60％，所述铂碳催化剂的比表面积为60-100m2/g。
8、可选地，所述铱催化剂包括氧化铱和氧化锆载体。
9、可选地，所述铱催化剂中氧化铱的质量百分含量为20-45％，所述铱催化剂的比表面积为60-100m2/g。
10、可选地，所述高分子聚合物质子导体溶液中的高分子聚合物质子导体选自全氟磺酸树脂、磺化三氟苯乙烯树脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化聚苯乙烯、聚乙烯共聚物树脂、磺化苯乙烯和聚全芳香单体树脂中的一种或多种。
11、可选地，所述高分子聚合物质子导体溶液中分散质的含量为4-30wt％。
12、可选地，所述醇包括乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、甘油、正丁醇中的一种或多种。
13、上述燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，包括以下步骤：
14、(1)将所述催化剂、超纯水、醇和高分子聚合物质子导体溶液混合；
15、(2)在搅拌状态下，向步骤(1)所得混合液中加入线状纳米碳纤维，并充分混合分散。
16、可选地，步骤(2)中混合分散过程包括搅拌混合过程、球磨分散过程和搅拌再分散过程。
17、可选地，步骤(2)中，所述搅拌混合过程的搅拌转速为200-1500rpm，搅拌时间为2-12h。
18、可选地，步骤(2)中，所述球磨分散过程的球磨转速为300-1500rpm，球磨时间为15min-3h。
19、可选地，步骤(2)中，所述搅拌再分散过程的搅拌转速为200-1500rpm，搅拌时间为5-24h。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
21、(1)本专利技术提供的燃料电池膜电极催化剂浆料，通过添加线状纳米碳纤维，从而增强固体团簇之间的缠结，在保证电化学性能的同时，显著提高了催化剂浆料的粘度。
22、(2)本专利技术方法制备浆料，能使浆料中的固体成分特别是加入的少量线状纳米碳纤维，既能被醇充分润湿，也能与水发生强相互作用，有利于提供整体催化剂浆料的粘度，催化剂的碳载体和铱催化剂的金属氧化物载体均能被醇润湿并均匀分散，有利于浆料在均匀分散的基础上提高浆料的粘度。
23、(3)本专利技术方法制备的浆料，催化层性能一致性好。
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1.一种燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，包括按照质量百分含量计的以下组分：催化剂3-18％、高分子聚合物质子导体溶液2-10％、超纯水4-10％、醇70-90％、线状纳米碳纤维0.1-2.5％。
2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述催化剂包括铂碳催化剂和铱催化剂，所述铂碳催化剂和所述铱催化剂的质量比为1.5-3.5。
3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述铂碳催化剂包括铂和碳载体，所述碳载体为石墨化类型的碳；
4.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述铱催化剂包括氧化铱和氧化锆载体；
5.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述高分子聚合物质子导体溶液中的高分子聚合物质子导体选自全氟磺酸树脂、磺化三氟苯乙烯树脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化聚苯乙烯、聚乙烯共聚物树脂、磺化苯乙烯和聚全芳香单体树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述高分子聚合物质子导体溶液中分散质的
7.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述醇包括乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、甘油、正丁醇中的一种或多种。
8.权利要求1-7中任一项所述的燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中混合分散过程包括搅拌混合过程、球磨分散过程和搅拌再分散过程。
10.根据权利要求9所述的燃料电池膜电极催化剂浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌混合过程的搅拌转速为200-1500rpm，搅拌时间为2-12h；
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，包括按照质量百分含量计的以下组分：催化剂3-18％、高分子聚合物质子导体溶液2-10％、超纯水4-10％、醇70-90％、线状纳米碳纤维0.1-2.5％。
2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述催化剂包括铂碳催化剂和铱催化剂，所述铂碳催化剂和所述铱催化剂的质量比为1.5-3.5。
3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述铂碳催化剂包括铂和碳载体，所述碳载体为石墨化类型的碳；
4.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述铱催化剂包括氧化铱和氧化锆载体；
5.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂浆料，其特征在于，所述高分子聚合物质子导体溶液中的高分子聚合物质子导体选自全氟磺酸树脂、磺化三氟苯乙烯树脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂...
【专利技术属性】
技术研发人员：周超凡，钱伟，方川，李飞强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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