【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜电极组件，具体地，涉及一种制备催化剂油墨的方法及应用。
技术介绍
1、电极催化剂油墨通常由催化剂、离聚物和溶剂组成。用于燃料电池电极的催化剂材料通常是负载在碳纳米颗粒上的铂或铂合金纳米颗粒。在催化剂中，碳颗粒聚集在一起，形成一个紧密连接的网络，以形成初级聚集体，然后初级聚集体形成团聚体。在电极催化剂油墨制备过程中，将团聚体分解成初级聚集体是实现高燃料电池性能的关键因素之一。
2、为了分解催化剂团聚体，将一种或多种溶剂添加到催化剂粉末中，并用离聚物在单个步骤中分散，或在后续阶段添加离聚物。通常使用的溶剂是去离子水、1-丙醇、2-丙醇等。制成催化剂油墨或浆料后，使用槽模、凹版印刷或其他辊对辊涂布技术对其进行涂布，以制备贴花(在基材上涂布催化剂)，或直接涂布在燃料电池膜上，以形成催化剂涂层膜(ccm)，最终制备燃料电池膜电极组件(mea)。
3、对于催化剂油墨加工，低固体含量更好，因为它增加了催化剂油墨的流动性以及催化剂油墨与分散头(如具有转子-定子分散头的高剪切混合器)的交换率，可以减小催化剂油墨中结块的尺寸。然而，取决于用于涂布的分散技术，催化剂油墨需要具有一定的最小固体含量，否则催化剂油墨的流动性太大，不适合涂布。此外，向催化剂油墨中添加过多溶剂会导致原材料和干燥成本增加。而对催化剂油墨的最小固体含量或粘度的要求导致催化剂在溶剂中的分散性差。为了克服这一问题，如果使用高强度加工(例如球磨、超声、高剪切混合)，会导致烧结效应，其中碳载体上的铂或铂合金纳米颗粒生长到更大的颗粒尺寸，或者在过度情
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备催化剂油墨的方法及应用。制备催化剂油墨的方法可以有效破碎催化剂团聚体，提高催化剂粉末和离聚物在催化剂油墨中分散的均匀性，进而增加采用该催化剂油墨制得的催化剂层中催化剂粉末之间的内聚力，提高催化剂层与其相邻膜的粘附力，并扩大采用其制备的膜电极组件的三相边界。
2、在本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备催化剂油墨的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
3、(1)将第一溶剂和催化剂团聚体混合，然后去除所述第一溶剂，以便得到催化剂粉末；
4、(2)将所述催化剂粉末、第二溶剂和离聚物混合，以便得到催化剂油墨；
5、其中，所述第一溶剂包括液氮、液氦、液氖、液氩和液体二氧化碳中的至少之一。
6、根据本专利技术上述实施例的制备催化剂油墨的方法，通过将第一溶剂和催化剂团聚体混合，即采用第一溶剂单独预分散催化剂团聚体，可以有效破碎催化剂团聚体，减小催化剂的团聚尺寸，得到粒径较小的催化剂粉末，并且第一溶剂包括液氮、液氦、液氖、液氩和液体二氧化碳中的至少之一，不仅对催化剂是惰性的，还能够在没有外部热源的情况下在室温完全蒸发而去除，由此，第一溶剂的用量不会对后续步骤中制得的最终催化剂油墨的组成产生影响，而第一溶剂具有较低的粘度，采用尽可能多的第一溶剂和催化剂团聚体混合可以获得粘度尽可能低的混合液，并提高其流动性和分散效率，进而能够有效且高效地破碎尺寸较大的催化剂团聚体，从而改善催化剂粉末在催化剂油墨中的分散性；此外，第一溶剂在室温下蒸发会吸热，能对催化剂进行冷却，从而防止催化剂在制备催化剂油墨过程中过度氧化或燃烧；同时预分散得到催化剂粉末后，再与第二溶剂、离聚物混合，重新分散催化剂粉末，可以避免离聚物因具有快速吸附在催化剂粉末上的倾向而影响催化剂团聚体的破碎效果，由此，得到的催化剂粉末具有较小的团聚尺寸，从而能够提高催化剂粉末与离聚物的相互作用，并提高催化剂粉末和离聚物在催化剂油墨中分散的均匀性，进而增加采用该催化剂油墨制得的催化剂层中催化剂粉末之间的内聚力，提高催化剂层与其相邻膜的粘附力，并扩大采用其制备的膜电极组件的三相边界。
7、另外，根据本专利技术上述实施例的制备催化剂油墨的方法还可以具有如下附加的技术特征：
8、在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂团聚体的粒径小于5μm。
9、在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂粉末的粒径为40nm～500nm，优选为40nm～250nm。由此，可以改善催化剂粉末在催化剂油墨中的分散性。
10、在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，基于所述第一溶剂与所述催化剂团聚体的总质量，所述催化剂团聚体的含量为1％～20％，优选为5％～10％。由此，可以有效破碎催化剂团聚体。
11、在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，伴随着搅拌，将所述第一溶剂和所述催化剂团聚体混合，所述搅拌的速度为1000rpm～30000rpm，优选为10000rpm～20000rpm，搅拌时间为1min～60min，优选为15min～30min。由此，可以有效破碎催化剂团聚体。
12、在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，基于所述催化剂油墨的总质量，所述催化剂粉末和所述离聚物的总含量为5％～20％。由此，可以提高催化剂粉末和离聚物在催化剂油墨中分散的均匀性。
13、在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述催化剂粉末和所述离聚物形成具有离聚物的催化剂聚集体，所述具有离聚物的催化剂聚集体的粒径为40nm～1000nm，优选为40nm～500nm。
14、在本专利技术的一些实施例中，所述第二溶剂包括醇水混合液。
15、在本专利技术的一些实施例中，形成所述催化剂团聚体的催化剂包括活性金属和载体，所述活性金属负载在所述载体上，并且基于所述催化剂的总质量，所述活性金属的含量不大于70％。
16、在本专利技术的一些实施例中，所述离聚物与所述载体的质量比为(0.5～1.3):1，优选为(0.6～0.9):1。
17、在本专利技术的一些实施例中，所述载体包括无定形碳、石墨化碳、碳纳米管和碳纤维中的至少之一。
18、在本专利技术的一些实施例中，形成所述催化剂团聚体的催化剂包括铂/碳催化剂、铂合金/碳催化剂、非铂族金属催化剂、金属氧化物和铂/非铂族金属载体催化剂中的至少之一。
19、在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种膜电极组件。根据本专利技术的实施例，所述膜电极组件包括采用上述方法制备得到的催化剂油墨。由此，该膜电极组件具有制备催化剂油墨的方法的所有优点。
20、在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种燃料电池。根据本专利技术的实施例，所述燃料电池包括上述膜电极组件。由此，该燃料电池具有优异的电化学性能。
21、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备催化剂油墨的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂团聚体的粒径小于5μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂粉末的粒径为40nm～500nm，优选为40nm～250nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，基于所述第一溶剂与所述催化剂团聚体的总质量，所述催化剂团聚体的含量为1％～20％，优选为5％～10％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，伴随着搅拌，将所述第一溶剂和所述催化剂团聚体混合，所述搅拌的速度为1000rpm～30000rpm，优选为10000rpm～20000rpm，搅拌时间为1min～60min，优选为15min～30min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，基于所述催化剂油墨的总质量，所述催化剂粉末和所述离聚物的总含量为5％～20％；
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶剂包括醇水混合液。
8.根据权利要求1所述的方法，
9.一种膜电极组件，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的催化剂油墨。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括根据权利要求9所述的膜电极组件。
...【技术特征摘要】
1.一种制备催化剂油墨的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂团聚体的粒径小于5μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂粉末的粒径为40nm～500nm，优选为40nm～250nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，基于所述第一溶剂与所述催化剂团聚体的总质量，所述催化剂团聚体的含量为1％～20％，优选为5％～10％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，伴随着搅拌，将所述第一溶剂和所述催化剂团聚体混合，所述搅拌的速度为1000rpm～30000rpm，优选为10000rpm～20000rpm，搅拌时间为1m...
【专利技术属性】
技术研发人员：玛尼·普拉萨纳，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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