【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种质子交换膜燃料电池浆料及其制备方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)因其高能量转换效率、零污染排放等优点引起广泛关注。膜电极(ccm)是pemfc的核心部件，由阴极催化层、阳极催化层、质子交换膜组成，影响pemfc的性能、寿命和成本。
2、在ccm中，催化层(cl)是反应发生的主要场所，将化学能转化成电能，因此必须满足反应气体、水、质子和电子的传导。燃料电池中，阴极催化层中的氧气传输阻抗主要是由于催化剂表面包覆的致密的离聚物导致。通过优化阴极催化剂浆料来提高催化层中的离聚物的分布是提高质子交换膜燃料电池性能的有效手段。
3、一般来说，传统的燃料电池催化剂浆料是将催化剂与溶剂及离聚物溶液混合，通过超声或高速分散等方法得到分散均匀的催化剂浆料。然而，在燃料电池浆料中，离聚物通常通过离聚物主链和碳载体的疏水特性以及侧链与pt的亲水特性实现离聚物在催化剂表面的吸附。由于离聚物本身极易团聚的特性，很难实现离聚物在催化剂表面的均一包覆，导致三相反应界面减小，从而造成膜电极性能的降低。因此，通过提高离聚物的分散状态，增大离聚物与催化剂表面的接触面积，使其能更均匀地吸附在催化剂上，形成良好的三相界面，可以提升燃料电池的性能。
4、中国专利申请cn202310769996.1通过碳载体硫掺杂改性提高载体的亲水性、分阶段调控浆料中的溶剂配比以及控温工艺等三种手段结合来定向调控离聚物的吸附状态。但该方法工艺流程繁琐，不利于大批量生产。
5、中国专利申请
6、因此，开发一种能解决上述技术问题的质子交换膜燃料电池浆料及其制备方法、含有所述浆料的电池是非常必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足而提供一种发电性能优异、在催化剂表面包覆均匀的质子交换膜燃料电池浆料及其制备方法、含有所述浆料的电池。
2、本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
3、一种质子交换膜燃料电池浆料的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将全氟磺酸树脂溶液加入醇中进行分散，加热，得到凝胶化的离聚物溶液；
5、(2)将催化剂加水或醇分散得到催化剂溶液；
6、(3)将凝胶化的离聚物溶液和催化剂溶液混合，分散均匀后，即得质子交换膜燃料电池浆料。
7、在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)包括：
8、3i)将凝胶化的离聚物溶液加水或醇稀释后分散得到离聚物稀释液，稀释的目的是便于进行工业化生产；
9、3ii)将离聚物稀释液与催化剂溶液混合，分散均匀后，即得质子交换膜燃料电池浆料。
10、在本专利技术的一些实施例中，步骤3i)中，所述离聚物稀释液的固含量为5-18％。
11、在本专利技术的一些实施例中，步骤3i)中，所述分散采用高速剪切分散机进行。
12、在本专利技术优选的一些实施例中，步骤3i)中，所述分散的工艺参数如下：转速为5m/s-15m/s，时间为5min-15min，剪切温度为10-20℃。
13、在本专利技术的一些实施例中，步骤3ii)中，所述分散的工艺参数如下：转速为10000-18000rpm，时间为30min-240min，温度为15-25℃。
14、在本专利技术的一些实施例中，步骤3ii)中所用分散设备为高速分散机。
15、在本专利技术的一些实施例中，所述醇为正丙醇和异丙醇中的至少一种。
16、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述全氟磺酸树脂溶液为商用nafion、aquivion、flemion和aciplex中的至少一种。不同品牌的全氟磺酸树脂溶液应用于本专利技术中效果类似，不作特殊限制。
17、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述醇和全氟磺酸树脂溶液的质量比为0.3-4:1。
18、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述分散的工艺参数：转速为10000-18000rpm，时间为10min-30min，温度为10-25℃。
19、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中所用分散设备为高速分散机。
20、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述加热的温度为60-80℃，时间为2-4h。
21、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中所用加热方式为水浴加热。
22、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中所述催化剂包括pt/c、ptfe/c和pt3co/c中的至少一种。
23、在本专利技术优选的一些实施例中，步骤(2)中，所述催化剂中pt的质量分数为20-60％。
24、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述醇为异丙醇、正丙醇中的一种，催化剂和水或醇的质量比为1:2-7。
25、所述醇可以是醇类溶剂和水的混合溶液，也可以是不含水的醇类溶剂。
26、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述分散采用尖端超声分散设备进行。
27、在本专利技术优选的一些实施例中，步骤(2)中，所述分散的工艺参数如下：超声功率为200-800w，超声时间为6-15min，超声温度为0-10℃。
28、在本专利技术优选的一些实施例中，全氟磺酸树脂溶液和催化剂的质量比为2:1。
29、本专利技术还涉及上述的制备方法制备得到的质子交换膜燃料电池浆料。
30、本专利技术还涉及一种电池，包括上述的质子交换膜燃料电池浆料。
31、本专利技术的有益效果是：
32、本专利技术通过离聚物的热处理，使离聚物在溶剂中实现团聚链段的充分打开，使浆料分散过程中增加离聚物与催化剂的相互作用，实现离聚物在催化剂表面的均一包覆，增加催化层的三相反应界面，降低催化层氧气传输阻力，提高膜电极性能，同时提高膜电极的耐久性。
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1.一种质子交换膜燃料电池浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)包括：
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述醇为正丙醇和异丙醇中的至少一种；步骤(1)中，所述醇和全氟磺酸树脂溶液的质量比为0.3-4:1。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散的工艺参数：转速为10000-18000rpm，时间为10min-30min，温度为10-25℃。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为60-80℃，时间为2-4h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3i)中，所述分散采用高速剪切分散机进行，工艺参数如下：转速为5m/s-15m/s，时间为5min-15min，剪切温度为10-20℃。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述催化剂和水或醇的质量比为1:2-7。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3ii)中，所述分散的工艺参数如下：转速为10000-18000rpm，时间为30min-240min，温度为15-25℃。
10.一种根据权利要求1-9任一所述的制备方法制备得到的质子交换膜燃料电池浆料。
...【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)包括：
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述醇为正丙醇和异丙醇中的至少一种；步骤(1)中，所述醇和全氟磺酸树脂溶液的质量比为0.3-4:1。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散的工艺参数：转速为10000-18000rpm，时间为10min-30min，温度为10-25℃。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为60-80℃，时间为2-4h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3i)中，所述分散采用高速剪切...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪聪敏，蔡媛琪，姚志鹏，朱振，
申请(专利权)人：上海韵量新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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