CN101689636B - 制备燃料电池用催化剂溶液和使用该催化剂溶液制备膜电极组件的方法 - Google Patents

制备燃料电池用催化剂溶液和使用该催化剂溶液制备膜电极组件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备燃料电池中的膜-电极组件用催化剂溶液的方法，所述方法包括以下步骤：a)将催化剂颗粒分散于水中的催化剂溶液(溶液A)与离子传导性树脂溶解于水、低沸点有机溶剂或它们的混合物中的离子传导性树脂溶液(溶液B)混合，以形成分散液；b)将由步骤a)获得的所述分散液与溶解于高沸点溶剂或低沸点溶剂与水的混合物中的功能性添加剂(溶液C)混合，以制备催化剂油墨分散液；和c)老化由步骤b)获得的催化剂油墨分散液。

Description

制备燃料电池用催化剂溶液和使用该催化剂溶液制备膜电极组件的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池中的膜电极组件用催化剂溶液和使用所述催化剂溶液制备膜-电极组件的方法，其中，与常规技术相比，工艺出品率得到提高、电化学性能优异，并且可以容易地控制所涂布的催化剂颗粒的量。
背景技术
燃料电池是通过诸如氢或甲醇等燃料与氧的电化学反应将燃料的化学能直接转化为电能的装置。与常规的热力发电不同，燃料电池由于不进行卡诺循环而表现出较高的发电效率，并且含有诸如NOx和SOx等污染物的废气的量较少，在运转期间还不产生噪音。因此，燃料电池作为下一代清洁能源而受到关注。
根据所使用的电解质，燃料电池可分为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)，等等。其中，较之其它类型，聚合物电解质膜燃料电池具有较低的运转温度，并具有良好的发电效率及小型化的性质，因而在电动车电源、小型发电装置(例如家庭用发电装置)、移动电源、应急电源和军用电源等方面存在潜在的用途。
聚合物电解质膜燃料电池通常由七层构成：隔离物/气体扩散层/燃料电极/聚合物电解质膜/空气电极/气体扩散层/隔离物。由除位于两端的隔离物之外的5层构成的结构通常被称作膜-电极组件(MEA)。
关于燃料电池的运转原理，首先是诸如氢和甲醇等燃料通过隔离物和气体扩散电极的流动区域均匀地供给至燃料电极，同时与燃料电极一样，空气或氧气则通过隔离物和气体扩散电极的流动区域均匀地供给至空气电极。
在燃料电极中，燃料被氧化，产生氢离子和电子。氢离子穿过电解质膜向空气电极移动，而电子穿过导线管和负载(其构成外部电路)向空气电极移动。在空气电极中氢离子和电子与氧进行还原反应产生水，该水从燃料电池中排出。
各种因素都会影响燃料电池的性能。当仅考虑膜-电极组件时，孔结构应该得到正确控制，以使燃料电极和空气电极中具有相容的气体扩散性、离子传导性和保湿性，并且，增大通常被称为三相边界反应面积的有效反应面积非常重要。
制备膜-电极组件的方法主要包括在聚合物电解质膜上直接涂布由催化剂、聚合物电解质和溶剂构成的油墨的方法(J.Power Sources，86，(2000)，352)；和在诸如碳纸或碳布等气体扩散电极上涂布所述油墨并将其压在聚合物电解质膜上的方法。
根据后一种方法，催化剂颗粒易被压在多孔的气体扩散电极中，因而几乎不能获得均质的催化剂层。另外，还可能因挤压而出现机械损伤，并且无法适当地控制经涂布的催化剂层中的孔结构，使得电化学性能无法得到充分的开发。
为将所述油墨直接涂布在聚合物电解质膜上，通常采用丝网印刷、辊筒印刷、喷射和喷墨印刷等。当采用丝网印刷或辊筒印刷时，很难涂布少量的油墨，而另一方面，随着涂布的油墨量的增加，聚合物电解质膜容易扩张。当采用喷墨印刷时，所表现出的缺点在于，由于涂布的油墨的量基本上为痕量，因而涂布时间过长，以至于降低了生产率。
此外，喷射的优点在于可随心所欲地控制涂布量，即使在油墨的粘度较低的情况下也可以获得稳定的涂布量。然而，问题表现在，在电解质膜上进行涂布时，若溶剂蒸发或催化剂颗粒的分散稳定性降低，则可能出现喷嘴堵塞，由此导致工艺出品率降低，并且难以控制涂布量。
作为通过改变油墨组合物来控制催化剂层的孔结构和提高电化学性能的尝试，日本专利特开2000-353528号公报由此公开了使用具有3维网状多孔结构的催化剂载体和一种或多种聚合物合成用在油墨中的催化剂-聚合物络合物。
作为其它尝试，日本专利特开第1996-264190号公报和J.PowerSources 135(2004)29公开了将拟结合于油墨中的聚合物电解质分散在溶剂中以形成胶体，并使该胶体吸附在催化剂颗粒上；而日本专利特开第2000-188110号公报和第2005-108827号公报公开了降低结合于油墨中的聚合物电解质的分子量。然而，这些技术都不能令人满意地达到使气体扩散性、离子传导性与保湿性相容的目的，并且这些技术还可能因使用过多的有机溶剂而引起环境问题。
发明内容
技术问题
为解决如上所述的常规技术的问题，本发明的目的在于提供燃料电池中的膜-电极组件用催化剂溶液和使用所述催化剂溶液制备膜-电极组件的方法，其中，与常规技术相比，工艺出品率得到提高，电化学性能优异，并且可以容易地控制催化剂颗粒的涂布量。
技术方案
本发明涉及制备燃料电池用催化剂溶液的方法，其中，控制粒径、所述催化剂溶液的粘度和溶剂的表面张力，以使涂布后的催化剂层的孔结构为三维网状结构，所述方法包括以下步骤：
a)将催化剂颗粒分散在水中的催化剂溶液(溶液A)和离子传导性树脂溶解在水、低沸点有机溶剂或它们的混合物中的离子传导性树脂溶液(溶液B)混合，以形成分散液；
b)将由步骤a)获得的分散液与溶解在高沸点溶剂或低沸点溶剂与水的混合物中的功能性添加剂(溶液C)混合，以制备催化剂油墨分散液；和
c)老化由步骤b)获得的催化剂油墨分散液。
下面将详细描述根据本发明的一个实施方式的方法。
在步骤a)中，将催化剂溶液(溶液A)和离子传导性树脂溶液(溶液B)混合并分散。溶液A通过以下方式制备：将催化剂颗粒混合在超纯水中以除去吸附在催化剂颗粒表面上的气体或其它污染物，并对该表面进行取代以使其具有亲水性。此阶段所使用的催化剂颗粒包括负载在碳质物质表面上的尺寸为数纳米的金属，所述碳质物质例如为炭黑、活性碳、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角(nanohorn)、碳球或它们的混合物，所述金属例如为铂、钌、钯、金、铱、铼、铁、镍、钴、钨、钼或它们的合金。相对于100重量份的载体，负载的金属的量为10重量份～60重量份。相对于100重量份的超纯水，混入的催化剂颗粒的量优选为至少0.1重量份，但本发明并不特别限制于此条件。
然后将通过将离子传导性树脂溶解在水、低沸点溶剂或低沸点溶剂的水溶液中而制备的离子传导性树脂溶液(溶液B)加入到催化剂溶液(溶液A)中，并通过使用均化器或珠磨机进行分散，以使催化剂颗粒的平均粒径(d50)为2μm以下。离子传导性树脂被吸附在催化剂颗粒的表面上从而引起颗粒之间的电排斥或空间排斥，由此部分地起到防止颗粒凝集的作用。
相对于100重量份的催化剂颗粒，离子传导性树脂的适宜量为10重量份～150重量份。如果该量小于10重量份，则油墨的分散性会降低，使得喷射过程中可能会出现喷嘴堵塞。另一方面，如果该量大于150重量份，则喷涂后离子传导性树脂会覆盖催化剂颗粒，导致电化学反应的有效反应面积降低。
可用于本发明的低沸点溶剂可以是选自下述物质的溶剂：醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、己醇和环己醇；酮，例如丙酮、甲基乙基酮(MEK)、甲基异丁基酮(MIBK)、环己酮、异佛乐酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮；和烃，例如甲苯、二甲苯、己烷和环己烷；或者它们的混合物。可以向该溶剂中部分加入诸如N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺等酰胺和亚砜。在步骤b)中，为另外提供功能性，在搅拌下，将在高沸点溶剂的低浓度水溶液中或在高沸点溶剂和低沸点溶剂的低浓度水溶液中的添加剂(溶液C)与由步骤a)获得的分散液混合。
此时，高沸点溶剂起到使聚集体(在喷射过程中，当低沸点溶剂预先蒸发时由催化剂颗粒与聚合物树脂的凝集形成所述聚集体)保持一定时间，从而促进向适于电化学反应的3维多孔结构转化的作用。因此，溶剂的表面张力、蒸发速度和沸点都非常重要。溶剂必须不与油墨颗粒或离子型聚合物树脂进行化学反应，并且必须不会引起与含有油墨组分的其它溶剂的相分离或沉淀。
本发明中所用的高沸点溶剂选自多元醇，例如乙二醇、丙二醇、三甘醇、丁二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇和甘油；聚亚烷基二醇、二乙二醇、二丙二醇；和单烷基醚衍生物，例如单甲醚和单乙醚；以及它们的混合物。相对于100重量份的催化剂颗粒，高沸点溶剂的适宜量为10重量份～1000重量份。
在本发明的制备方法中，可以使用一种或多种功能性添加剂，例如斥水聚合物、导电性颗粒、pH调节剂和流平剂。
斥水聚合物用于容易地将水(催化剂层中的产物)排至外部，适宜使用诸如聚四氟乙烯(PTFE)等含氟聚合物。
导电性颗粒可以补充提高催化剂层中的电子传导性。适宜使用的有一次粒径为1μm以下的石墨、炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角、碳球或它们的混合物。可以使用诸如钛黑(TiOxNy(x＝0.8～1.2，y＜0.2))和氧化铁(Fe3O4)等具有电子传导性的氧化物颗粒。
pH调节剂用于控制油墨的ζ电势，以提高分散稳定性。可以使用常规的酸性或碱性有机物。
流平剂可使涂布后的催化剂层的表面变平坦，以防止在涂布以组合制备膜-电极组件和气体扩散电极时对界面的机械损坏。可以使用常规的表面活性剂，但是最适宜的是含氟表面活性剂。
根据本发明，相对于本发明制备的催化剂溶液，如上所述的功能性添加剂的量优选为不高于1重量％。
在步骤c)中，通过在预定温度储存一定时间使由步骤b)制备的催化剂油墨分散液老化，以达到相平衡。优选的是，老化条件为在低于5℃的温度老化至少12小时，但是本发明并不严格地限制于此条件。
如上所述制备的催化剂溶液具有100cps以上的粘度，并且二次颗粒的中值尺寸(d50)分布于0.1μm～2μm。在组成方面分别如下，相对于油墨总量，催化剂颗粒的量分布在3重量％～10重量％内；相对于催化剂的量，离子传导性树脂的量分布在10重量％～150重量％内；相对于油墨总量，高沸点溶剂的量分布在1重量％～50重量％内；作为功能性添加剂的斥水聚合物、导电性颗粒、pH调节剂和流平剂的量分别不超过油墨总量的5重量％。
根据本发明的方法，可以制备燃料电池用催化剂溶液，与常规技术的方法相比，所述催化剂溶液具有较高的工艺出品率和优异的电化学性能，并且可以容易地控制涂布的催化剂颗粒的量。
本发明包括通过使用上述制备燃料电池用催化剂溶液的方法制备的催化剂溶液来制备燃料电池用膜-电极组件的方法。
通过喷射处理，将根据本发明制备的燃料电池用催化剂溶液直接涂布在聚合物电解质膜的两侧，然后于高温进行干燥和挤压，由此提供膜-电极组件。直接涂布在聚合物电解质膜的两侧上时，将催化剂溶液少量反复涂布，以精确调整涂布的催化剂的量，并进一步优化多孔结构。反复涂布的次数优选为至少4次。
本发明的优势在于，通过调整分布在催化剂溶液中的颗粒的尺寸、溶剂的粘度和表面张力，将膜-电极催化剂层的多孔结构控制为3维网状结构。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的制造燃料电池用催化剂溶液的流程图。
图2是分别显示实施例1和比较例1～3制备的催化剂溶液中所分散的催化剂颗粒的分布的图。
图3是在分别使用由实施例1、比较例2和比较例3制备的油墨制备有效面积为100cm2的膜-电极组件并将该组件安装至单元燃料电池之后测量的电流-电压图。
图4是在使用由实施例1制备的油墨制备有效面积为100cm2的膜-电极组件并将该组件安装至由10个单元电池构成的电池堆之后测量的电流-电压图。
通过下面的描述，本发明的其它和进一步的目的、特征和优点将得到更加全面的显现。
具体实施方式
下面将通过参考具体实施例更详细地说明本发明。然而，本发明并不受这些实施例的限制，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在本发明的要旨和范围内进行各种变化和修改。
实施例1
将负载在碳颗粒上的铂催化剂(TEC10V50E，由Tanaka KabushikiKaisha制造，Pt/C为50重量％)(5.3g)与水(25g)混合，并在搅拌桶中搅拌该混合物，以制备溶液A。
另外，将作为低沸点溶剂的异丙醇(21g)与含有5重量％Nafion的离子传导性树脂溶液(由Du Pont制造的Nafion溶液DE512)(31.6g)混合，并搅拌该混合物，以制备溶液B。
在搅拌下将溶液B混入溶液A中，并使用密封均化器将该混合物分散1小时。然后，向其中加入包含水(6.6g)和于其中混合的作为高沸点溶剂的乙二醇(10.6g)的溶液C。搅拌获得的混合物10小时，以制备催化剂浆料。
在低于5℃的温度老化由此制备的催化剂浆料24小时，并通过使用尺寸为1μm的聚合物膜过滤器(来自Pall的MMM1)除去粗颗粒，最终获得粘度为230cps的催化剂溶液。
图2(1)显示了通过粒径分析仪(由Microtrac制造)测量的本发明制备的催化剂溶液的颗粒分布。分散在油墨中的催化剂的二次颗粒的粒径(d50)为0.4μm。
在电解质膜(来自Du Pont的Nafion 112)的两侧(空气电极、燃料电极)上分别反复涂布该催化剂溶液4次，所述电解质膜预先根据常规技术进行过改性。
表1显示了处理条件和使用放大倍数为1000倍以下的低倍显微镜观察涂布后的表面的结果，在所述处理条件中，通过喷射型涂布机分别将实施例1和比较例1～3所制备的油墨涂布在电解质膜上。
[表1]
样品   水压(KPa)   S与N的距离(mm)   间距(mm)   温度(℃)   涂布次数   涂布状态
 (1)实施例1   3   90   10   60   4   良好
 (2)比较例1   3   90   10   60   1   喷嘴堵塞
 (3)比较例2   3   90   10   60   4   出现裂纹
 (4)比较例3   3   90   10   60   4   良好s
然后通过使用真空干燥器干燥经涂布的样品，并在以下条件下将气体扩散层(来自SGL CARBON GROUP的SIGRACRT GDL 35BC)热压在样品的两侧以最终获得膜-电极组件：温度120℃、压力0.5MPa、挤压时间1分钟。膜-电极组件的涂布面积(有效反应面积)为100cm2，在空气电极和燃料电极上涂布的催化剂的量均为0.2mg/cm2。
为评价本发明的膜-电极组件的性能，制造了单元电池。
通过使用两个隔离物来制造单元电池：将形成有空气流场的隔离物贴附在膜-电极组件的一侧，而将形成有氢气流场的隔离物贴附在另一侧。
作为隔离物，使用尺寸为18×14cm2、厚度为2.0mm、气体流场的深度为1mm的树脂浸渍的石墨板。在单元电池的两端，布置由不锈材料制得的集电板和由电绝缘材料制得的绝缘板。使用紧固杆固定这些板和单元电池，单位面积的隔离物上的紧固压力为100kg/cm2。
在以下条件下对该单元电池进行评价。在将单元电池的温度保持为65℃的同时，将温度和湿度都被升高(至多65℃)的氢气和空气供给至气体电极和燃料电极。确定了氢气的利用效率为70％，空气的利用效率为40％。在这些条件下，使用FEL 150-2恒电位仪(由AMEL制造)测量电流-电压特性。图3(1)显示了该实施例的电流-电压特性：电化学性能表明在0.6V时电流密度为1.08A/cm2。
为评价该实施例的膜-电极组件的燃料电池堆的性能，制造由十(10)个单元电池构成的电池堆。在膜-电极组件的两侧贴附双极板(其中已经形成有气体流场和冷却水流场)，并在侧面上密封衬垫和密封材料，以初步制造10个包含电池堆用基本单元的单元电池。以串联的方式层压这些单元电池，以提供燃料电池堆。作为双极板，可使用尺寸为18×14cm2、厚度为2.0mm、气体流场的深度为1mm并且冷却水流场的深度为0.4mm的树脂浸渍的石墨板。
在电池堆的两端，布置由不锈材料制得的集电板和由电绝缘材料制得的绝缘板。使用紧固杆固定这些板和10个单元电池，单位面积的隔离物上的紧固压力为120kg/cm2。
在以下条件下对该电池堆进行评价。在将电池堆的温度保持为60℃的同时，将温度和湿度都被升高(至多60℃)的氢气和空气供给至气体电极和燃料电极。确定了氢气的利用效率为70％，空气的利用效率为40％。在这些条件下，使用PLA 800-60-300恒电位仪(由AMEL制造)测量电流-电压特性。图4显示了该实施例的电流-电压特性：电化学性能表明在0.6V时电流密度为530A/cm2。
比较例1
根据已知技术(JP2005-235444)，将如实施例1中所使用的负载在碳颗粒上的铂催化剂(Pt/C为50重量％)混入预先制备的由水(40g)、乙醇(37.7g)、丙二醇(14g)、含有10重量％Nafion的离子传导性树脂溶液(来自Du Pont的Nafion溶液DE512)(5g)构成的单一混合溶液中。使用密封均化器搅拌和分散该混合物1小时，以制备催化剂浆料。不对该催化剂浆料进行额外的老化或过滤。
图2(2)显示了通过粒径分析仪(由Microtrac制造)测量的该比较例制备的催化剂溶液的颗粒分布。分散在油墨中的催化剂的二次颗粒的粒径(d50)为0.9μm。
打算使用喷涂机在电解质膜的两侧(空气电极、燃料电极)反复涂布该催化剂溶液四次，但是在第一次涂布过程中喷嘴即发生堵塞。
比较例2
参考已知技术(JP2005-108827)中所述的油墨的组成比例，根据本发明所提出的方法制备催化剂溶液。将如实施例1中所使用的负载在碳颗粒上的铂催化剂(Pt/C为50重量％)(5.3g)与水(25g)混合。将该混合物装入搅拌桶中并进行搅拌，以制备溶液A。
另外，将乙醇(44.4g)与如实施例1中所使用的含有5重量％Nafion的离子传导性树脂溶液(26.6g)混合，并搅拌该混合物，以制备溶液B。
在搅拌下将溶液B混入溶液A中，并使用密封均化器分散该混合物1小时。然后，添加水(19.6g)，并搅拌获得的混合物10小时，以制备催化剂浆料。在该比较例中，没有混入高沸点溶剂。
在低于5℃的温度老化由此制备的催化剂浆料24小时，并通过使用与实施例1中所用的相同的尺寸为1μm的聚合物膜过滤器(来自Pall的MMM1)除去粗颗粒，最终获得粘度为190cps的催化剂溶液。
图2(3)显示了通过粒径分析仪(由Microtrac制造)测量的该比较例制备的催化剂溶液的颗粒分布。分散在油墨中的催化剂的二次颗粒的粒径(d50)为0.7μm。
与实施例1中相同，涂布该催化剂溶液并于高温进行干燥和挤压，以制备膜-电极组件。以与实施例1中相似的方式制备单元电池，并评价其性能。
表1(3)显示了喷涂条件和结果，图3(2)显示了该比较例的电流-电压特性：电化学性能表明在0.6V时电流密度为0.7A/cm2。
比较例3
参考已知技术(J.Power Sources，135，(2004)，29)中所述的油墨的组成比例，根据本发明所提出的方法制备催化剂溶液。将如实施例1中所使用的负载在碳颗粒上的铂催化剂(Pt/C为50重量％)(5.3g)与水(25g)混合。将该混合物装入搅拌桶中并进行搅拌，以制备溶液A。
向该溶液中混入与实施例1中所使用的相同的含有5％Nafion的离子传导性树脂溶液(31.6g)，并使用密封均化器混合和分散该混合物1小时。
然后，向其中加入水(6.6g)和二丙基酮(31.6g)，并搅拌获得的混合物10小时，以制备催化剂浆料。在该比较例中，没有混入低沸点溶剂。
在低于5℃的温度老化由此制备的催化剂浆料24小时，并通过使用与实施例1中所用的相同的尺寸为1μm的聚合物膜过滤器(来自Pall的MMM1)除去粗颗粒，最终获得粘度为250cps的催化剂溶液。
图2(4)显示了通过粒径分析仪(由Microtrac制造)测量的该比较例制备的催化剂溶液的颗粒分布。分散在油墨中的催化剂的二次颗粒的粒径(d50)为0.5μm。
与实施例1中相同，涂布该催化剂溶液并于高温进行干燥和挤压，以制备膜-电极组件。以与实施例1中相似的方式制备单元电池，并评价其性能。
表1(4)显示了喷涂条件和结果，图3(3)显示了该比较例的电流-电压特性：电化学性能表明在0.6V时电流密度为0.7A/cm2。
不同于本发明的实施例1，在比较例1(其中，将催化剂颗粒直接混入单一混合溶液中以制备催化剂浆料，不存在额外的老化或过滤阶段)中，如图2所示油墨中催化剂颗粒的分布不均匀，由此导致在喷涂过程中催化剂颗粒在喷嘴处的聚集和堵塞。喷嘴的堵塞不仅降低了大规模生产的工艺出品率，而且对为便于控制涂布的催化剂颗粒的量而进行的反复涂布处理产生了严重的不良影响。
在比较例2(其中，制备方法与本发明的实施例1相同，不同之处在于未使用高沸点溶剂)中，如图2所示，颗粒的分布不是很均匀。虽然可以实现4次反复涂布而未发生喷嘴堵塞，但是干燥后在涂布表面上出现了裂纹。由此，与实施例1中的在0.6V时电流密度为1.08A/cm2相比，电化学性能表现出低得多的值：在0.6V时电流密度为0.7A/cm2。
在比较例3(其中，制备方法与本发明的实施例1相同，不同之处在于未使用低沸点溶剂))中，如图2所示，与比较例1或2相比，颗粒分布或多或少地得到了改善，并且未发生喷嘴堵塞。虽然可以实现4次反复涂布，但与实施例1中的在0.6V时电流密度为1.08A/cm2相比，电化学性能表现出低得多的值：在0.6V时电流密度为0.7A/cm2。由此发现，与实施例1相比，在经涂布的催化剂层内部未完全产生适于电化学反应的3维孔结构。
工业实用性
如上所述，根据本发明，可以获得制备燃料电池用催化剂溶液的有利的工业方法，其中，工艺出品率因喷涂过程中喷嘴不被堵塞而得到提高；可以获得优异的电化学性能；可以实现至少4次的反复涂布，因而可以容易地控制涂布的催化剂颗粒的量。

Claims (7)

1.一种制备燃料电池中的膜-电极组件用催化剂油墨的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将催化剂颗粒分散于水中的溶液A和离子传导性树脂溶解于水、低沸点有机溶剂或它们的混合物中的离子传导性树脂溶液混合，以形成分散液；
b)将由步骤a)获得的所述分散液与溶解在高沸点溶剂与水中的功能性添加剂混合，以制备催化剂油墨分散液；
其中步骤a)中的所述低沸点有机溶剂为选自醇、酮、烃或酰胺或者它们的混合物的溶剂；
其中步骤b)中的所述高沸点溶剂为选自多元醇或单烷基醚衍生物的溶剂，或为选自多元醇和单烷基醚衍生物的混合物的溶剂；
相对于所述油墨总量，所述高沸点溶剂的量在1重量％～50重量％内，并且所述功能性添加剂包含选自斥水聚合物、导电性纳米颗粒、pH调节剂和流平剂中的一种或多种物质，作为功能性添加剂的斥水聚合物、导电性纳米颗粒、pH调节剂和流平剂的量分别不超过所述油墨总量的5重量％；和
c)在低于5℃的温度老化由步骤b)获得的所述催化剂油墨分散液至少12小时。
2.如权利要求1所述的制备燃料电池中的膜-电极组件用催化剂油墨的方法，其中，由步骤a)、b)和c)制备的所述催化剂油墨的粘度为100cps～300cps，并且二次颗粒的中值尺寸为0.1μm～2μm。
3.如权利要求1所述的制备燃料电池中的膜-电极组件用催化剂油墨的方法，其中，所述催化剂油墨中的催化剂的量为所述油墨总量的3重量％～10重量％，并且所述离子传导性树脂的量为所述催化剂的10重量％～150重量％。
4.如权利要求1所述的制备燃料电池中的膜-电极组件用催化剂油墨的方法，其中，所述斥水聚合物为聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯占由此制备的所述催化剂油墨的0重量％～5重量％。
5.如权利要求1所述的制备燃料电池中的膜-电极组件用催化剂油墨的方法，其中，所述导电性纳米颗粒是粒径为0.01μm～1μm的石墨、炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米角、碳球、钛黑或氧化铁，或者它们的混合物，并占由此制备的所述催化剂油墨的0重量％～5重量％。
6.一种制备燃料电池中的膜-电极组件的方法，其中，通过喷射工序，将根据权利要求1～5中任一项制备的燃料电池中的膜-电极组件用催化剂油墨涂布在电解质膜的两侧，然后在高温下对其进行干燥和挤压。
7.如权利要求6所述的制备燃料电池中的膜-电极组件的方法，其中，将所述催化剂油墨反复涂布于所述电解质膜上4～10次。
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