CN111628183A - 燃料电池催化剂浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池催化剂浆料的制备方法，Ⅰ将去离子水与醇按一定比例混合且混合溶剂的溶解度参数控制在21cal1/2×cm‑3/2以上，之后将PTFE乳液滴加至混合溶剂中分散均匀形成PTFE分散液；Ⅱ往催化剂中加入去离子水进行充分浸湿，之后往浸湿的催化剂中加入质子交换膜溶液并分散均匀形成混合浆液；Ⅲ将步骤Ⅰ制得的PTFE分散液加入至步骤Ⅱ制得的混合浆液中并分散均匀制得催化剂浆料。本发明方法简单可行，防止PTFE凝聚、破乳现象。

Description

燃料电池催化剂浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池催化剂浆料的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种高效且无污染的能源利用装置，通过氢气与氧气发生电化学反应来产生电能。在工作时，燃料电池膜电极的阳极发生氢的氧化反应产生质子，阴极发生氧的还原反应生成水。由于燃料电池工作时会有大量的反应水产生，反应水如果无法及时排出膜电极，会在膜电极内部积累，阻塞气体通道，降低燃料电池的发电能力，因此需要对燃料电池的水管理能力进行一定的改进。
常用的一种燃料电池水管理的改进方法是在膜电极催化剂层中加入疏水成分，疏水成分一般是聚四氟乙烯(PTFE)，利用PTFE增加膜电极催化剂层的疏水性，防止反应水在催化剂层中积累，从而改善燃料电池的水管理能力。但是溶液成分或者保存环境均会影响PTFE乳液的稳定性，可能会导致PTFE产生不可逆的凝聚现象。凝聚现象会使PTFE在催化剂层中分散不均匀，同时也会包裹催化剂颗粒，影响催化剂与Nafion的接触，降低膜电极的活性面积。
发明内容
本发明旨在提供一种简单可行、防止PTFE凝聚、破乳现象的燃料电池催化剂浆料的制备方法。
本发明通过以下方案实现：
一种燃料电池催化剂浆料的制备方法，按以下步骤进行：
Ⅰ将去离子水与醇按一定比例混合且混合溶剂的溶解度参数控制在21cal1/2×cm-3/2以上，之后将PTFE乳液滴加至混合溶剂中分散均匀形成PTFE分散液；去离子水与醇的比例可根据需要进行调整，使得混合溶剂的溶解度参数控制在21cal1/2×cm-3/2以上即可；
Ⅱ往催化剂中加入去离子水进行充分浸湿，之后往浸湿的催化剂中加入质子交换膜溶液并分散均匀形成混合浆液；
Ⅲ将步骤Ⅰ制得的PTFE分散液加入至步骤Ⅱ制得的混合浆液中并分散均匀制得催化剂浆料。
进一步地，所述质子交换膜溶液中的质子交换膜的质量优选为催化剂质量的10％～50％；所述PTFE乳液中的PTFE与质子交换膜溶液中的质子交换膜的质量比不超过1：3；所述催化剂浆料的固含量优选控制为1～15％。
进一步地，所述醇为乙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇中的一种或几种。
进一步地，所述质子交换膜溶液的质量浓度为20％以下，所述PTFE乳液的质量浓度为20％以下。
所述催化剂为现有技术中常用的催化剂，多选用铂含量为40～60％的Pt/C催化剂；所述质子交换膜溶液一般为Nafion溶液。
各步骤中的分散采用现有技术中的磁力搅拌、超声分散、离心分散、高速均质分散等方式进行。
本发明的燃料电池催化剂浆料的制备方法，简单可行，通过调节去离子水与醇的质量比及醇的类型使混合溶剂的溶解度参数控制在21cal1/2×cm-3/2以上，防止PTFE凝聚，同时调整了各物质的加入顺序，避免直接将醇加入到PTFE乳液中，防止引起破乳现象。本发明的燃料电池催化剂浆料的制备方法，在不产生PTFE凝聚的前提下，可根据需要制备不同固含量的催化剂浆料。
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
一种燃料电池催化剂浆料的制备方法，按以下步骤进行：
Ⅰ将35ml去离子水与10ml乙醇混合，使得混合溶剂的溶解度参数控制为21cal1/2×cm-3/2，之后将1g质量浓度为5％的PTFE乳液逐滴滴加至混合溶剂中磁力搅拌分散30min形成PTFE分散液；
Ⅱ往0.6g铂含量为60％的Pt/C催化剂中加入5g去离子水进行充分浸湿，之后往浸湿的催化剂中加入6g质量浓度为5％的Nafion溶液并离心分散10min形成混合浆液；
Ⅲ将步骤Ⅰ制得的PTFE分散液加入至步骤Ⅱ制得的混合浆液中，先磁力搅拌分散60min，再超声分散60min，制得催化剂浆料。
经检测，催化剂浆料的固含量为1.71％。经观察，催化剂浆料并未出现PTFE凝聚、破乳现象。
实施例2
一种燃料电池催化剂浆料的制备方法，按以下步骤进行：
Ⅰ将36ml去离子水与5ml异丙醇混合，使得混合溶剂的溶解度参数控制为22cal1/2×cm-3/2，之后将5g质量浓度为20％的PTFE乳液逐滴滴加至混合溶剂中磁力搅拌分散30min形成PTFE分散液；
Ⅱ往9g铂含量为40％的Pt/C催化剂中加入30g去离子水进行充分浸湿，之后往浸湿的催化剂中加入15g质量浓度为20％的Nafion溶液，先经过2000转/分钟的高速离心分散10min，再经过8000转/分钟的高速均质分散10min，形成混合浆液；
Ⅲ将步骤Ⅰ制得的PTFE分散液加入至步骤Ⅱ制得的混合浆液中，先磁力搅拌分散20min，再经过8000转/分钟的高速均质分散10min，制得催化剂浆料。
经检测，催化剂浆料的固含量为13.85％。经观察，催化剂浆料并未出现PTFE凝聚、破乳现象。

Claims (4)

1.一种燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：
Ⅰ将去离子水与醇按一定比例混合且混合溶剂的溶解度参数控制在21cal1/2×cm-3/2以上，之后将PTFE乳液滴加至混合溶剂中分散均匀形成PTFE分散液；
Ⅱ往催化剂中加入去离子水进行充分浸湿，之后往浸湿的催化剂中加入质子交换膜溶液并分散均匀形成混合浆液；
Ⅲ将步骤Ⅰ制得的PTFE分散液加入至步骤Ⅱ制得的混合浆液中并分散均匀制得催化剂浆料。
2.如权利要求1所述的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述质子交换膜溶液中的质子交换膜的质量为催化剂质量的10％～50％，所述PTFE乳液中的PTFE与质子交换膜溶液中的质子交换膜的质量比不超过1：3；所述催化剂浆料的固含量控制为1～15％。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述醇为乙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇中的一种或几种。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池催化剂浆料的制备方法，其特征在于：所述质子交换膜溶液的质量浓度为20％以下，所述PTFE乳液的质量浓度为20％以下。
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