CN109301265A - 燃料电池涂布用催化剂浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，往容器中依次加入催化剂颗粒、去离子水、质子交换膜溶液、醇和稳定剂，之后将各物质混合分散均匀制得催化剂浆料，所述催化剂浆料的固含量控制为8％～28％，所述催化剂浆料的粘度控制为50～500mPa.s，所述催化剂颗粒的质量占比为6％～21％，稳定剂的质量占比为0.5％～5％。还提供了使用本发明方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料。本发明的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，简单可行，搅拌分散工艺简单，可缩短整个配制时间，使用本发明方法制备得到的催化剂浆料，粘度高，固含量高，适用于涂布方式制备膜电极。

Description

燃料电池涂布用催化剂浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池涂布用催化剂浆料及其制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的电化学装置。燃料电池根据电解质不同可分为：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池。其中质子交换膜燃料电池具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动、环境友好等优点，最有希望成为电动汽车的动力源。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，不仅是电子产生和分离的重要场所，同时承载了气体和产物水的传输，对质子交换膜燃料电池的电化学性能有十分重要的影响。催化剂浆料的制备工艺直接影响到膜电极的电化学性能。现有催化剂的浆料的制备工艺，浆料黏度，不适用于涂布工艺。而单纯的提高固含量会影响催化剂的的分散效果和涂布效果，不能达到涂布工艺的要求。另外现有工艺的制备过程中浆料分散过程繁杂，不利于批量化处理。
发明内容
本发明旨在提供一种简单可行、粘度高、固含量高的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，同时还提供了使用本发明方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料。
本发明通过以下方案实现：
一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，往容器中依次加入催化剂颗粒、去离子水、质量浓度为5～20％的质子交换膜溶液、醇和稳定剂，之后将各物质混合分散均匀制得催化剂浆料，所述催化剂浆料的固含量控制为8％～28％，所述催化剂浆料的粘度控制为50～500mPa.s，所述催化剂颗粒的质量占比为6％～21％，稳定剂的质量占比为0.5％～5％。
所述去离子水与醇的质量比优选为(0.1～10)：1，所述催化剂颗粒与质子交换膜溶液中固体物质的质量比优选为(1～5)：1。
所述醇优选为甲醇、无水乙醇、乙二醇、正丁醇、异丙醇中的一种或多种，所述稳定剂优选为甲醛、叔丁醇、乙酸乙酯、丙三醇、苯甲醇中的一种或多种。
所述催化剂为铂系催化剂或非铂系催化剂，所述铂系催化剂为Pt/C、Pt-M/C中的一种或多种，其中Pt含量为5～60％，M为Co、Mo、W、Ru和Pd中的一种或多种；非铂系催化剂为聚苯并咪唑类(PBI)催化剂或MOFs系列催化剂；所述质子交换膜溶液为Nafion溶液。
所述将各物质混合分散均匀的具体工艺为：先使用行星分散0.5～2h，其中分散设备的自转转速为600～2000rpm、公转转速为200～800rpm；再使用高速分散机分散0.5～5min，其中分散线速度为30～50m/s。高速分散机包括混合脱泡机、剪切乳化机、均质机等。
一种燃料电池涂布用催化剂浆料，采用如上所述的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法制得。
本发明的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，简单可行，通过加入稳定剂，可保证分散效果，可大幅提高浆料固含量及粘度，使之适用于涂布方式制备膜电极，同时由于稳定剂的加入，可精简搅拌分散工艺，从而减少整个浆料的制备时间，大大提高生产效率，可实现批量化生产。使用本发明方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料，粘度高，固含量高。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，先往容器中加入3g Pt含量为60％的Pt/C催化剂颗粒，之后加入2.5g去离子水，使得催化剂颗粒充分润湿，接着依次加入5g质量浓度为20％的Nafion溶液、19g异丙醇和0.5g甲醛，之后将各物质先行星分散30min，其中分散设备的自转转速为1000rpm、公转转速为300rpm，再使用混合脱泡机分散1.5min，其中分散线速度为35m/s，最终制得催化剂浆料。
将使用实施例1方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料进行检测，其固含量为13.3％，粘度约为100mPa.s
实施例2
一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，先往容器中加入5g Pt含量为40％的Pt/C催化剂颗粒，之后加入30g去离子水，使得催化剂颗粒充分润湿，接着依次加入40g质量浓度为5％的Nafion溶液、7g无水乙醇和1g叔丁醇，之后将各物质先行星分散2h，其中分散设备的自转转速为1500rpm、公转转速为500rpm，再使用剪切乳化机分散0.5min，其中分散线速度为50m/s，最终制得催化剂浆料。
将使用实施例2方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料进行检测，其固含量为8.4％，粘度约为52mPa.s。
实施例3
一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，先往容器中加入4g Pt含量为40％的Pt-Co/C催化剂颗粒，之后加入11g去离子水，使得催化剂颗粒充分润湿，接着依次加入5g质量浓度为20％的nafion溶液、4g乙二醇和1g苯丙醇，之后将各物质先行星分散1.5h，其中分散设备的自转转速为1200rpm、公转转速为600rpm，再使用混合脱泡机分散5min，其中分散线速度为30m/s，最终制得催化剂浆料。
将使用实施例3方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料进行检测，其固含量为20％，粘度约为420mPa.s。
实施例4
一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，先往容器中加入4.5g PBI催化剂颗粒，之后加入25g去离子水，使得催化剂颗粒充分润湿，接着依次加入10g质量浓度为20％的Nafion溶液、25g异丙醇和0.5g甲醛，之后将各物质先行星分散2h，其中分散设备的自转转速为600rpm、公转转速为400rpm，再使用均质机分散3min，其中分散线速度为38m/s，最终制得催化剂浆料。
将使用实施例4方法制备得到的燃料电池涂布用催化剂浆料进行检测，其固含量为10％，粘度约为80mPa.s。

Claims (6)

1.一种燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，其特征在于：往容器中依次加入催化剂颗粒、去离子水、质量浓度为5～20％的质子交换膜溶液、醇和稳定剂，之后将各物质混合分散均匀制得催化剂浆料，所述催化剂浆料的固含量控制为8％～28％，所述催化剂浆料的粘度控制为50～500mPa.s，所述催化剂颗粒的质量占比为6％～21％，稳定剂的质量占比为0.5％～5％。
2.如权利要求1所述的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述去离子水与醇的质量比为(0.1～10)：1，所述催化剂颗粒与质子交换膜溶液中固体物质的质量比为(1～5)：1。
3.如权利要求2所述的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述醇为甲醇、无水乙醇、乙二醇、正丁醇、异丙醇中的一种或多种，所述稳定剂为甲醛、叔丁醇、乙酸乙酯、丙三醇、苯甲醇中的一种或多种。
4.如权利要求1～3任一所述的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述催化剂为铂系催化剂或非铂系催化剂，所述铂系催化剂为Pt/C、Pt-M/C中的一种或多种，其中Pt含量为5～60％，M为Co、Mo、W、Ru和Pd中的一种或多种；非铂系催化剂为聚苯并咪唑类催化剂或MOFs系列催化剂；所述质子交换膜溶液为Nafion溶液。
5.如权利要求1～3任一所述的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述将各物质混合分散均匀的具体工艺为：先使用行星分散0.5～2h，其中分散设备的自转转速为600～2000rpm、公转转速为200～800rpm；再使用高速分散机分散0.5～5min，其中分散线速度为30～50m/s。
6.一种燃料电池涂布用催化剂浆料，其特征在于：采用如权利要求1～5任一所述的燃料电池涂布用催化剂浆料的制备方法制得。
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