CN116063877A - 膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水及其制备方法。其中,膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水中不含有铂元素,碳粉墨水包括如下以质量份计的各组分:碳粉5‑10份、高分子聚合物质子导体溶液2‑10份、去离子水0.1‑60份、醇类溶剂25‑80份以及增稠剂0.2‑4份。本申请采用不含铂元素的碳粉墨水,主要用于膜电极涂布设备调试,相对于传统的采用催化剂油墨进行调试而言,本申请中的碳粉墨水的成本更低,有利于降低膜电极涂布设备调试过程中的生产成本。
Description
技术领域
本申请涉及膜电极技术领域,具体涉及一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水及其制备方法。
背景技术
膜电极包括质子交换膜、阴极催化层、阳极催化层、阴极气体扩散层和阳极气体扩散层,在制作膜电极时,需要对其涂布工艺进行调试。在现有膜电极制作过程中,通常直接采用用于制作膜电极的催化剂油墨进行涂布调试,其中,催化剂油墨成本较高,且在涂布调试过程需要使用大量的催化剂油墨,从而导致整体制作成本较高。
发明内容
本申请实施例提供一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水及其制备方法,可以解决现有制作成本较高的问题。
本申请实施例提供一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,所述碳粉墨水中不含有铂元素,所述碳粉墨水包括如下以质量份计的各组分:
碳粉5-10份;
高分子聚合物质子导体溶液2-10份;
去离子水0.1-60份;
醇类溶剂25-80份;
增稠剂0.2-4份。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述增稠剂包括质量份为1-10份的纤维素和90-99份的醇水溶液。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述醇水溶液中醇水质量比为0.8-2.5。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述纤维素包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素钠中的一种或多种。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述碳粉的比表面积为50-800m2/g。
相应的,本申请实施例还提供一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,所述碳粉墨水中不含有铂元素,所述方法包括:
将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉浆料;
将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液;
将增稠剂、所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉浆料,包括:
将碳粉加入到搅拌器中;
将去离子水加入到所述碳粉中进行搅拌,得到预混浆料;
将醇类溶剂加入到所述预混浆料中进行搅拌,得到碳粉浆料。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液,包括:
将去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到醇水溶液;所述醇水溶液中醇水质量比为0.5-2.1;
将高分子聚合物质子导体溶液加入到所述醇水溶液中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述将增稠剂、所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水,包括:
将所述高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到所述碳粉浆料中进行搅拌;
将增稠剂加入到所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液中进行搅拌,得到碳粉墨水。
可选的,在本申请的一些实施例中,所述将增稠剂加入到所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液中进行搅拌,得到碳粉墨水,包括:
将去离子水和醇类溶剂进行混合,形成醇水溶液;
将纤维素加入所述醇水溶液中进行搅拌,形成增稠剂;
将所述增稠剂加入到所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液中并进行分散处理,形成预混碳粉墨水;
将所述预混碳粉墨水放入搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水。
本申请实施例中膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水中不含有铂元素,碳粉墨水包括如下以质量份计的各组分:碳粉5-10份、高分子聚合物质子导体溶液2-10份、去离子水0.1-60份、醇类溶剂25-80份以及增稠剂0.2-4份。本申请采用不含铂元素的碳粉墨水,主要用于膜电极涂布设备调试,相对于传统的采用催化剂油墨进行调试而言,本申请中的碳粉墨水的成本更低,有利于降低膜电极涂布设备调试过程中的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法的流程图;
图2是本申请实施例提供的图1中步骤S100的流程图;
图3是本申请实施例提供的图1中步骤S200的流程图;
图4是本申请实施例提供的图1中步骤S300的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水及其制备方法。以下分别进行详细说明。需要说明的是,以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外,在本申请的描述中,术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用,并没有强加数字要求或建立顺序。本发明的各种实施例可以以一个范围的型式存在;应当理解,以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁,不应理解为对本发明范围的硬性限制;因此,应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如,应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围,例如从1到3,从1到4,从1到5,从2到4,从2到6,从3到6等,以及所数范围内的单一数字,例如1、2、3、4、5及6,因此不管范围为何皆适用。另外,每当在本文中指出数值范围,是指包括所指范围内的任何引用的数字。
首先,本申请实施例提供一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,且碳粉墨水中不含有铂元素,该碳粉墨水仅用于膜电极制作前的涂布设备调试,待调试完成后,再采用含有铂元素等催化剂的催化剂油墨进行膜电极的制作。相较于传统的直接采用催化剂油墨进行涂布设备调试而言,本申请实施例中的碳粉墨水由于不含有铂元素,成本相对较低,有利于降低膜电极涂布设备调试过程中的生产成本。
其中,碳粉墨水包括如下以质量份计的各组分:碳粉5-10份、高分子聚合物质子导体溶液2-10份、去离子水0.1-60份、醇类溶剂25-80份以及增稠剂0.2-4份。通过各组分含量的调节,能够满足不同碳粉墨水粘度的需求,以实现对涂布设备的调试。
在实际制备过程中,各组分的含量能够根据实际设计需求进行相应调整。具体的,碳粉可以为5份、8份或10份等,高分子聚合物质子导体溶液可以为2份、5份、8份或10份等,去离子水可以为0.1份、5份、10份、20份、40份或60份等,醇类溶剂可以为25份、40份、60份或80份等,增稠剂可以为0.2份、0.5份、1份、2份或4份等。其具体值能够根据实际情况进行调节,此处不做特殊限制。
需要说明的是,在将上述组分按设定值进行混合时,碳粉表面具有包覆层,包覆层包括高分子聚合物质子导体溶液中的高分子聚合物质子导体和增稠剂中的纤维素。即高分子聚合物质子导体吸附在碳粉表面,各高分子聚合物质子导体之间通过纤维素进行连接,使高分子聚合物质子导体形成网络结构,从而使碳粉均匀且稳定的分散于墨水中,保证碳粉墨水粘度的一致性和稳定性。
申请实施例中增稠剂由纤维素溶于醇水溶液中形成,其中纤维素的质量份为1-10份,醇水溶液的质量份为90-99份。其中,醇水溶液中醇水质量比为0.8-2.5,通过醇水质量比的调节能够满足纤维素在不同醇水溶液中溶解度和分散效果的需求。
其中,增稠剂所用纤维素包括甲基纤维素、羟丙甲基纤维素和甲基纤维素钠中的一种或多种,只需保证增稠剂的加入能够有效改善碳粉墨水的粘度即可,此处不做限制。
可以理解的是,本申请实施例中所用碳粉为石墨化类型的碳,碳粉的比表面积为50-800m2/g,通过碳粉比表面积的设计,能够对碳粉颗粒大小进行调节,以改善碳粉墨水中不同添加剂与碳粉颗粒表面的吸附或包覆效果,从而实现对碳粉墨水整体粘度大小及稳定性的调节。
可以理解的是,本申请实施例中所用醇类溶剂包括乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、甘油以及结构同分异构体等中的一种或多种,只需保证碳粉在醇水溶液中的有效分散,形成稳定的碳粉浆料即可,此处不做特殊限制。
其次,本申请实施例还提供一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,如图1所示,碳粉墨水的制备方法主要包括以下步骤:
S100、将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉浆料。
在制作碳粉墨水时,由于调配过程中碳粉分散困难,会导致碳粉墨水粘度不一致。本申请实施例采用将碳粉进行预分散的方式,在制作碳粉墨水前,先将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,形成碳粉浆料,以实现碳粉在醇水溶液中的预分散。
由于碳粉和醇类溶剂存在吸附现象,混合时容易结块,且碳粉在醇类溶剂中的溶解度有限,通过去离子水和醇类溶剂的混合使用以及醇水质量比的调控,既能保证碳粉在醇水溶液中的有效溶解,也能避免碳粉在分散过程中发生结块现象,提高碳粉浆料的稳定性。
需要说明的是,在制作碳粉浆料的过程中,能够采用磁力搅拌器或者高速机械搅拌机等进行持续搅拌,在添加去离子水或醇类溶剂的过程中可以采用边添加边搅拌的方式,以保证碳粉的充分分散。其中,搅拌速度为200-1500rpm,搅拌时间为2-12h。
S200、将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液。
为保证碳粉颗粒稳定分散且具有一定的粘度,需要在碳粉浆料中加入添加剂,以在碳粉颗粒表面形成包覆层或在碳粉颗粒之间形成网络结构,增加碳粉颗粒在浆料中的稳定性,避免碳粉浆料在使用过程中发生沉积而导致粘度不一致,从而导致涂布设备调试失败,甚至无法进行正常生产。
本申请实施例采用添加高分子聚合物质子导体溶液的方式,使高分子聚合物质子导体吸附在碳粉表面,进而改变碳粉的团簇结构,以提高碳粉在溶液中的稳定性。其中,所用高分子聚合物质子导体可以为全氟磺酸树脂、磺化三氟苯乙烯树脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、磺化聚苯乙烯-聚乙烯共聚物树脂和磺化苯乙烯-聚乙烯/丁烯-聚苯乙烯树脂中的一种或多种。
由于高分子聚合物质子导体的分子量较大,直接使用会导致高分子聚合物质子导体溶液与碳粉浆料发生团聚,影响碳粉的分散效果。故本申请采用预混的方式将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,以对高分子聚合物质子导体溶液进行稀释,形成高分子聚合物质子导体稀释溶液。
其中,所用醇类溶剂能够为乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、甘油以及结构同分异构体等中的一种或多种,只需保证高分子聚合物质子导体在醇水溶液中的有效分散即可,此处不做特殊限制。
S300、将增稠剂、碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水。
在对碳粉颗粒和高分子聚合物质子导体溶液分别进行预混形成碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液后,再将碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液进行混合,以使高分子聚合物质子导体包覆在碳粉颗粒表面,使碳粉颗粒稳定分散在溶液中。
其中,在对碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液进行混合时,通过加入增稠剂,促进高分子聚合物质子导体之间的相互连接,使高分子聚合物质子导体形成网络结构,以提高碳粉墨水的粘度。
需要说明的是,在对碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液进行混合时,能够采用磁力搅拌器或者高速机械搅拌机等进行持续搅拌,在添加增稠剂的过程中可以采用边添加边搅拌的方式,以保证增稠剂的充分溶解及分散。其中,搅拌速度为200-1500rpm,搅拌时间为2-12h。
本申请实施例通过将碳粉和高分子聚合物质子导体进行混合前先将碳粉进行预混形成碳粉浆料,并将高分子聚合物质子导体溶液进行稀释,避免碳粉与高分子聚合物质子导体溶液直接混合时造成碳粉颗粒团聚,有利于高分子聚合物质子导体均匀覆盖在碳粉颗粒表面,从而提高碳粉墨水的稳定性,以便于后续对涂布设备的调试。
如图2所示,在步骤S100中将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉浆料,具体包括以下步骤:
S110、将碳粉加入到搅拌器中。
S120、将去离子水加入到碳粉中进行搅拌,得到预混浆料。
S130、将醇类溶剂加入到预混浆料中进行搅拌,得到碳粉浆料。
在对碳粉进行预分散时,采用先将去离子水加入到碳粉中进行搅拌,然后加入醇类溶剂的方式,能够有效避免碳粉与醇类溶剂混合时由于吸附而导致结块的现象,既能保证碳粉的有效分散,也能通过醇水质量比的调节改善碳粉的溶解度,从而有利于碳粉含量的调整。
其中,醇类溶剂与去离子水的质量比为0.5-2.1,即醇水质量比为0.5-2.1,通过碳粉实际含量需求,对醇水质量比进行优选,以调节碳粉在醇水溶液中的溶解度,从而保证碳粉的有效溶解及分散。
在一些实施例中,制作碳粉浆料时,先将去离子水和醇类溶剂按照设定比例混合形成醇水溶液,然后将醇水溶液缓慢加入到碳粉中,同时采用边添加边搅拌的方式,以实现碳粉在醇水溶液中的溶解与分散。
其中,在调配醇水溶液时,去离子水与醇类溶剂的添加顺序可以根据需求进行调整,即可以采用去离子水加入醇类溶剂或醇类溶剂加入去离子水的方式,只需保证去离子水与醇类溶剂的均匀混合即可,此处不做限制。
如图3所示,在步骤S200中将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液,具体包括以下步骤:
S210、将去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到醇水溶液。
S220、将高分子聚合物质子导体溶液加入到醇水溶液中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液。
在对高分子聚合物质子导体溶液进行稀释时,采用先将去离子水和醇类溶剂调配成醇水溶液,然后将高分子聚合物质子导体溶液加入醇水溶液的方式,能够有效保证高分子聚合物质子导体均匀分散在醇水溶液中,也便于醇水溶液中醇水质量比的控制。
其中,醇水溶液的醇水质量比为0.5-2.1,通过高分子聚合物质子导体溶液的稀释需求,对醇水质量比进行优选,在保证高分子聚合物质子导体有效分散的同时,避免后续对碳粉溶解及分散的影响,从而保证碳粉墨水的稳定性。
在一些实施例中,在对高分子聚合物质子导体溶液进行稀释时,先将高分子聚合物质子导体溶液直接缓慢加入去离子水中,然后将醇类溶剂缓慢加入,且采用边加入边搅拌的方式,为保证高分子聚合物质子导体的均匀分散,可以适当增加搅拌时间,采用此种方式便于去离子水与醇类溶剂加入量的随时调节。
在另一些实施例中,先将高分子聚合物质子导体溶液直接缓慢加入醇类溶剂中,然后将去离子水缓慢加入,且采用边加入边搅拌的方式,采用此种方式同样便于去离子水与醇类溶剂加入量的随时调节。
如图4所示,在步骤S300中将增稠剂、碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水,具体包括以下步骤:
S310、将高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到碳粉浆料中进行搅拌。
在将高分子聚合物质子导体稀释溶液与碳粉浆料进行混合时,碳粉与高分子聚合物质子导体易发生团聚,从而导致碳粉分散不均,影响碳粉墨水粘度的一致性及稳定性。
本申请实施例将高分子聚合物质子导体稀释溶液缓慢加入到碳粉浆料中,且采用边加入边搅拌的方式,搅拌速度为200-1500rpm,搅拌时间为2-12h,使得高分子聚合物质子导体稀释溶液在加入碳粉浆料的过程中,能够充分游离在碳粉四周,从而在碳粉表面形成包覆层,避免高分子聚合物质子导体与碳粉颗粒分配不均匀而发生团聚,从而保证碳粉墨水粘度的一致性和稳定性。
S320、将增稠剂加入到碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液中进行搅拌,得到碳粉墨水。
完成高分子聚合物质子导体稀释溶液与碳粉浆料的均匀混合后,继续加入增稠剂,且采用边搅拌边加入的方式,搅拌速度为200-1500rpm,搅拌时间为2-12h,使增稠剂充分分散溶解。增稠剂的加入使得包覆在碳粉表面的高分子聚合物质子导体之间相互连接,使高分子聚合物质子导体形成网络结构,有助于提高碳粉墨水的粘度,并改善碳粉墨水的稳定性。
其中,在将增稠剂、碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水的过程中还包括增稠剂的调配以及分散处理过程,具体包括以下步骤:
首先,将去离子水和醇类溶剂进行混合,形成醇水溶液;然后,将纤维素加入到醇水溶液中进行搅拌,形成增稠剂;然后,将增稠剂加入到碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液中并进行分散处理,形成预混碳粉墨水;最后,将预混碳粉墨水放入搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水。
其中,将去离子水和醇类溶剂进行混合形成醇水溶液时,醇类溶剂与去离子水的质量比为0.8-2.5。待醇水溶液调配好后,采用边搅拌边加入的方式将纤维素溶于醇水溶液中,纤维素的含量为增稠剂总质量的1-10份,搅拌速度为200-1500rpm。
本申请实施例通过加入分散过程使增稠剂与碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液充分混合,进一步促进包覆在碳粉表面的高分子聚合物质子导体之间的相互连接,改善碳粉墨水的粘度。
具体的,在一些实施例中,在进行分散处理时,将增稠剂加入到碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液中,形成混合溶液后,利用高压微射流设备进行分散处理,其中,高压微射流设备的分散压力为50-150MPa。其中,高压微射流设备在高压、高剪切力和高撞击力下能将碳粉分散成纳米尺寸,有助于碳粉、高分子聚合物质子导体与溶剂的充分混合,使得高分子聚合物质子导体均匀游离在碳粉周围,从而改善碳粉墨水的粘度。
在另一些实施例中,在进行分散处理时,将增稠剂加入到碳粉浆料和高分子聚合物质子导体稀释溶液中,形成混合溶液后,利用超声波细胞破碎仪进行分散处理,其中,超声波细胞破碎仪的超声时间为1-20min,超声波细胞破碎仪的超声能量为10-70%。超声波细胞破碎仪同样能将碳粉分散成纳米尺寸,从而改善碳粉墨水的粘度。
在又一些实施例中,高压微射流设备和超声波细胞破碎仪能够同时使用,以加快分散速度,提高生产效率。在碳粉墨水制备过程中分散设备的数量及种类的选择能够根据实际需求进行调整,此处不做特殊限制。
需要说明的是,由于分散过程具有较高的能量,使得碳粉墨水的温度和分散设备的温度快速升高,因此,分散过程需要设置冷却系统,以对混合溶液和分散设备进行冷却,避免温度过高导致碳粉墨水中某些添加剂发生分解变质或设备故障,从而保证碳粉墨水性能的稳定性和分散设备的使用寿命。
冷却系统采用冷却剂循环流通的方式对碳粉墨水和分散设备进行降温,以保证碳粉墨水的温度和分散设备的温度在设定范围内。其中,冷却剂的温度为5-15℃,其具体值能够根据实际温度情况进行调整;所用冷却剂能够为冷却水或其他类型冷却材料,此处不做特殊限制。
在完成各组分添加及分散之后,为保证各组分的充分混合并使碳粉墨水达到均一稳定的状态,需继续采用磁力搅拌器或者高速机械搅拌机进行搅拌,搅拌速度为200-1500rpm,搅拌时间为5-25h。
具体的,以下述实施例为例进行说明,在实际制备过程中,主要制作流程包括如下步骤:
将8份碳粉放入搅拌器中,缓慢加入去离子水并进行搅拌混合,然后将乙醇缓慢加入并进行搅拌,搅拌速度为600rpm,搅拌4h后形成碳粉浆料;在形成碳粉浆料的同时,将4份高分子聚合物质子导体溶液加入到醇水溶液中进行稀释,形成高分子聚合物质子导体溶液稀释溶液,其中,醇水溶液中乙醇和去离子水的质量比为2。
将碳粉和高分子聚合物质子导体溶液分别进行预混后,将高分子聚合物质子导体稀释溶液缓慢加入到碳粉浆料中进行混和,同时搅拌器持续搅拌,搅拌速度为600rpm,搅拌时间为8小时。混合均匀后,加入质量分数为3wt%的甲基纤维素溶液1.5份。其中,去离子水整体为28.8份,乙醇整体为57.7份。在60MPa压力下进行高压微射流分散,分散过程中通入8℃冷却水。
待分散结束后,放入搅拌器中继续搅拌10小时,形成均一稳定的碳粉墨水。通过粘度测试仪对该碳粉墨水进行测量,其粘度值为200mPa·s。膜电极涂布设备调试用的目标催化剂墨水的粘度范围为200-270mPa·s,即本实施例中碳粉墨水粘度满足调试需求。
为进一步更加直观的阐述采用本申请中制备方法制作的碳粉墨水能够满足膜电极产线涂布设备工艺调试的需求,以下述对比例进行说明:
在对比例中,将8份碳粉、4份高分子聚合物质子导体溶液、29份去离子水和59份乙醇加入搅拌器中进行搅拌,其加料顺序没有限制,依次加入即可。搅拌器的搅拌速度为700rpm,此过程中不加入质量分数为3wt%的甲基纤维素溶液,即不添加增稠剂。待混合均匀后,在60MPa压力下进行高压微射流分散,分散过程中通入8℃冷却水,对分散后的碳粉墨水继续在搅拌器中搅拌10小时,形成均匀的碳粉墨水。通过粘度测试仪对该碳粉墨水进行测量,其粘度值为50mPa·s。
通过上述实施例和对比例的粘度测试结果可知,本申请在将碳粉和高分子聚合物质子导体进行混合前先将碳粉进行预混形成碳粉浆料,并将高分子聚合物质子导体溶液进行稀释,避免碳粉与高分子聚合物质子导体溶液直接混合时造成碳粉颗粒团聚,有利于高分子聚合物质子导体均匀覆盖在碳粉颗粒表面,提高碳粉墨水的稳定性。
此外,本申请在制作碳粉墨水的过程中加入增稠剂,增稠剂中的纤维素有助于高分子聚合物质子导体之间的相互连接,使高分子聚合物质子导体形成网络结构,既能增大碳粉墨水的粘度,也能进一步加强碳粉在墨水中的稳定分散,从而保证碳粉墨水粘度的一致性和稳定性,实现碳粉墨水在膜电极产线涂布设备工艺调试的稳定应用。
以上对本申请实施例所提供的一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水及其制备方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,其特征在于,所述碳粉墨水中不含有铂元素,所述碳粉墨水包括如下以质量份计的各组分:
碳粉5-10份;
高分子聚合物质子导体溶液2-10份;
去离子水0.1-60份;
醇类溶剂25-80份;
增稠剂0.2-4份。
2.根据权利要求1所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,其特征在于,所述增稠剂包括质量份为1-10份的纤维素和90-99份的醇水溶液。
3.根据权利要求2所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,其特征在于,所述醇水溶液中醇水质量比为0.8-2.5。
4.根据权利要求1至3任一项所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,其特征在于,所述纤维素包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水,其特征在于,所述碳粉的比表面积为50-800m2/g。
6.一种膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,其特征在于,所述碳粉墨水中不含有铂元素,所述方法包括:
将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉浆料;
将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液;
将增稠剂、所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水。
7.根据权利要求6所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,其特征在于,所述将碳粉、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉浆料,包括:
将碳粉加入到搅拌器中;
将去离子水加入到所述碳粉中进行搅拌,得到预混浆料;
将醇类溶剂加入到所述预混浆料中进行搅拌,得到碳粉浆料。
8.根据权利要求6所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,其特征在于,所述将高分子聚合物质子导体溶液、去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液,包括:
将去离子水和醇类溶剂加入到搅拌器中进行搅拌,得到醇水溶液;所述醇水溶液中醇水质量比为0.5-2.1;
将高分子聚合物质子导体溶液加入到所述醇水溶液中进行搅拌,得到高分子聚合物质子导体稀释溶液。
9.根据权利要求6所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,其特征在于,所述将增稠剂、所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水,包括:
将所述高分子聚合物质子导体稀释溶液加入到所述碳粉浆料中进行搅拌;
将增稠剂加入到所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液中进行搅拌,得到碳粉墨水。
10.根据权利要求9所述的膜电极涂布设备调试用的碳粉墨水的制备方法,其特征在于,所述将增稠剂加入到所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液中进行搅拌,得到碳粉墨水,包括:
将去离子水和醇类溶剂进行混合,形成醇水溶液;
将纤维素加入所述醇水溶液中进行搅拌,形成增稠剂;
将所述增稠剂加入到所述碳粉浆料和所述高分子聚合物质子导体稀释溶液中并进行分散处理,形成预混碳粉墨水;
将所述预混碳粉墨水放入搅拌器中进行搅拌,得到碳粉墨水。
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