CN117981124A - 用于制造催化剂涂覆膜（ccm）的催化剂墨水的制备 - Google Patents
用于制造催化剂涂覆膜（ccm）的催化剂墨水的制备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117981124A CN117981124A CN202280054127.4A CN202280054127A CN117981124A CN 117981124 A CN117981124 A CN 117981124A CN 202280054127 A CN202280054127 A CN 202280054127A CN 117981124 A CN117981124 A CN 117981124A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- mixture
- optionally
- ionomer
- platinum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 132
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims abstract description 54
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 claims abstract description 49
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 82
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 72
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 51
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 24
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 20
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 19
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 12
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims description 10
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 9
- 229910000820 Os alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000929 Ru alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IYZXTLXQZSXOOV-UHFFFAOYSA-N osmium platinum Chemical compound [Os].[Pt] IYZXTLXQZSXOOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- CFQCIHVMOFOCGH-UHFFFAOYSA-N platinum ruthenium Chemical compound [Ru].[Pt] CFQCIHVMOFOCGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920005548 perfluoropolymer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 4
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 61
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 22
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 201000000760 cerebral cavernous malformation Diseases 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 102220351953 c.119T>A Human genes 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010960 commercial process Methods 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Polymers 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000010951 particle size reduction Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
- H01M4/881—Electrolytic membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8828—Coating with slurry or ink
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/8668—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种制备催化剂墨水配方制剂的工艺，该工艺包括如下步骤：(i)提供已经过球磨且包括催化剂、离聚物及水的混合物；以及(ii)对所述混合物进行为时约1分钟至约1小时的超声处理步骤。
Description
技术领域
本发明涉及可用于催化剂涂覆膜的催化剂墨水配方制剂的制备工艺。
背景技术
催化剂涂覆膜(Catalyst Coated Membrane，CCM)为燃料电池的关键电堆部件。CCM促进燃料向电能的电化学转化。CCM通常包括与每种电极(即阳极和阴极)电接触的质子交换膜。CCM一般采用贵金属催化剂，且允许反应物扩散至电极。
由于贵金属催化剂的使用，CCM通常非常昂贵，从而使得高成本成为燃料电池商业化的一个关键问题。
CCM的制备主要存在两种商用工艺：
(a)经柔性基底将电催化剂层转移至膜表面；
(b)通过直接喷涂沉积将催化剂层直接喷涂于膜表面上。
经柔性基底将电催化剂层转移至膜表面涉及多个步骤。US20110217621A1描述一种通过卷对卷制造方法形成催化剂涂覆膜的工艺，其中，电催化剂层经柔性基底转移至膜表面。然而，这一过程涉及多个复杂步骤和繁琐的过程，在将电催化剂转移至膜上之前，需首先将电催化剂涂敷至基底上，导致了较高的成本。专利号为5234777的美国专利涉及一种通过贴花工艺直接在质子传导膜上形成催化剂层的方法，其中，先将催化层组合物涂覆于载体上，然后将其剥离，以获得催化剂薄膜。该催化剂膜压贴于质子交换膜表面上，以形成完整的催化层。然而，使用该贴花转移方法的缺点包括：催化剂颗粒分散状况不佳；而且热压过程中催化剂会发生降解。转移和剥离步骤过程中，可能会出现开裂等缺陷，从而导致转移至膜上的过程中产生催化剂损失(也就是说，无法将所有催化剂转移至膜上)。
直接喷涂沉积工艺通过将催化剂层直接涂覆于膜表面而简化了所涉及的步骤。申请号为20080206616A1的美国专利申请以及US6221523B1采用一种直接将催化剂层涂敷于膜上的直接喷涂沉积工艺。该工艺需要通过交替的喷涂和蒸发步骤，将成叠的多个催化剂层直接形成于膜上。所述多层由含具有不同平均粒径的催化剂颗粒的多种墨水形成。该工艺的缺点在于，需要使用多种墨水，从而导致催化剂的大量浪费以及喷涂过程中的结块和喷嘴堵塞现象。此外，由于需要多个不同喷涂步骤，因此该方法较为耗时，而且不同墨水可导致催化剂层之间的缺陷或其他结构问题。
因此，需要一种催化剂墨水配方制剂的高效制备工艺，该催化剂墨水配方制剂可易于通过喷涂沉积工艺涂敷于膜上，从而在形成CCM的同时不产生浪费。
发明内容
发明人惊奇地发现，现有技术的问题可由本文描述的工艺解决。具体而言，本发明工艺能够实现均一催化剂墨水配方制剂的制备，该均一催化剂墨水配方可通过喷涂涂覆直接涂敷至膜上，以在CCM上形成均一催化剂涂层。根据本发明制造的墨水还可减少喷涂涂覆过程中的喷嘴堵塞的概率。
因此，本发明提供：
1.一种制备催化剂墨水配方制剂的工艺，该工艺包括如下步骤：
(i)提供已经过球磨且包括催化剂、离聚物及水的混合物；以及
(ii)对所述混合物进行为时约1分钟至约1小时的超声处理步骤。
2.根据条项1所述的工艺，其中，已经过球磨且包括催化剂、离聚物及水的所述混合物通过如下步骤获得：
(a)提供包括催化剂、离聚物及水的混合物；
(b)对所述混合物进行为时约1分钟至约20分钟的球磨步骤；以及
(c)过滤球磨后的所述混合物。
3.根据条项2所述的工艺，其中，在步骤(ii)之前，使用选自由C1～4醇及其混合物组成的组的有机稀释剂稀释从步骤(c)获得的过滤后的所述混合物，
可选地，其中，所述有机稀释剂选自由1-丙醇和2-丙醇组成的组，
可选地，其中，有机稀释剂与催化剂之间的重量比为约3：1至约10：1。
4.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，步骤(i)中的所述混合物进一步包括有机溶剂，
可选地，其中，所述有机溶剂包括醇，
进一步可选地，其中，所述有机溶剂包括选自由乙醇、1-丙醇及2-丙醇组成的组的一种或多种。
5.根据条项4所述的工艺，其中，包括催化剂、离聚物及水的所述混合物具有约1：3至约1：15的X：Y值，其中，
X为包括任何固体载体在内的催化剂及离聚物的总质量；
Y为水及有机稀释剂和/或有机溶剂(如有)的总质量，
可选地，其中，所述X：Y值为约1：5至约1：10。
6.根据条项2或根据从属于条项2时的条项3至5当中任意一项所述的工艺，其中，包括催化剂、离聚物及水的所述混合物的具有3～30％重量百分比，可选5～20％重量百分比的固体含量。
7.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，所述催化剂选自由铂、钌、锇、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合组成的组，其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属，
可选地，其中，所述催化剂选自由铂、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合组成的组，其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属，
进一步可选地，其中，所述催化剂为铂。
8.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，所述催化剂提供于固体载体上，
可选地，其中，所述固体载体为碳载体。
9.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，所述离聚物包括全氟聚合物，
可选地，其中，所述离聚物包括基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物共聚物。
10.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，在步骤(i)中的所述混合物内，包括任何固体载体在内的催化剂与离聚物之间的重量比为约1：1至约5：1，可选为约1.5：1至约4：1。
11.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，在步骤(i)中的所述混合物内，包括任何固体载体在内的催化剂与水之间的重量比为约1：2至约1：5，可选为约1：2至约1：3。
12.根据条项2或根据从属于条项2时的条项3至11当中任意一项所述的工艺，其中，使用氧化锆球磨珠进行所述球磨步骤，
可选地，其中，所述氧化锆球磨珠具有约2mm至约8mm的平均直径，例如约5mm。
13.根据条项2或根据从属于条项2时的条项3至12当中任意一项所述的工艺，其中，使用行星式球磨机进行所述球磨步骤。
14.根据条项2或根据从属于条项2时的条项3至13当中任意一项所述的工艺，其中，以约100rpm至约500rpm，
可选以约200rpm至约400rpm，
进一步可选以约250rpm至约350rpm的旋转速度，进行所述球磨步骤。
15.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，所述球磨步骤进行约3分钟至约15分钟的时长，
可选约4分钟至约10分钟的时长。
16.根据条项2或根据从属于条项2时的条项3至15当中任意一项所述的工艺，其中，使用具有约20微米至约100微米的孔径，
可选约30微米至约45微米的孔径的过滤器，进行所述过滤步骤。
17.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，所述超声处理步骤进行约10分钟至约40分钟的时长，
可选约15分钟至约30分钟的时长。
18.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，其中，以约20kHz至约30kHz的频率进行所述超声处理步骤。
19.根据前述条项当中任意一项所述的工艺，进一步包括如下步骤：
(iii)将所述催化剂墨水配方制剂喷涂涂覆于膜上。
20.根据条项19所述的工艺，进一步包括如下步骤：
(iv)将所述催化剂涂覆膜整合到燃料电池内。
21.一种形成催化剂涂覆膜的工艺，包括如下步骤：
(A)提供已经过球磨及随后的超声处理且包括催化剂、离聚物及水的催化剂墨水配方制剂；以及
(B)将所述催化剂墨水配方制剂喷涂涂覆于膜上。
22.根据条项21所述的工艺，其中，通过根据条项1至18当中任意一项所述的方法制备所述催化剂墨水配方制剂。
23.根据条项21或22所述的工艺，进一步包括如下步骤：
(C)将所述催化剂涂覆膜整合到燃料电池内。
附图说明
图1为以根据本发明制备的催化剂墨水以及由传统方法制备的催化剂墨水制备的燃料电池的功率和电压比较图。
图2所示为球磨步骤时长对催化剂墨水配方制剂的均一性的影响。
具体实施方式
催化剂墨水配方制剂通常包括离聚物(质子传导聚合物)、催化剂以及一种或多种溶剂。合适的离聚物例如包括磺化全氟聚合物等全氟聚合物，所述磺化全氟聚合物例如为基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物共聚物。
合适的催化剂例如包括铂、钌、锇、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合，
其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属。
可用于催化剂墨水配方制剂的合适溶剂例如包括水、有机溶剂及其混合物。合适的有机溶剂可以为可与水互混的有机溶剂。该有机溶剂可例如为醇，如C1～4醇或其混合物。可用于催化剂墨水配方制剂的具体有机溶剂例如包括乙醇、1-丙醇及2-丙醇。
虽然催化剂墨水配方制剂通常通过将上述成分混合后进行使配方均一化的处理步骤而制备，但是发明人惊奇地发现，通过控制各步骤的具体顺序，可获得具有有利的高均一性的改进配方。
相应地，发明人发现，可以通过如下通用方法获得改进的催化剂墨水配方制剂：
1.制备具有可控粘度/固液成分比的混合物，该混合物包括离聚物、催化剂及溶剂(如水和/或有机溶剂)；
2.对混合物进行短的球磨步骤；
3.对混合物进行过滤，并以有机稀释剂对其进行稀释；
4.对稀释后的混合物进行超声处理；
5.对超声处理后的混合物进行喷涂涂覆。
具体而言，发明人惊奇地发现，通过在稀释和超声处理之前采用球磨，不但可获得具有优异均一性的催化剂墨水配方制剂，而且可以在喷涂涂覆后获得优异的催化剂涂覆膜。如实施例所示，采用此类催化剂涂覆膜的燃料电池具有更佳的性能。当不以这一确切的顺序进行球磨和超声处理，或者在超声处理之前不以有机稀释剂稀释所述混合物时，便无法获得上述益处。
如果混合物未在超声处理之前稀释，则用于喷涂涂覆的配方制剂将因粘度太高而无法实现高效喷涂涂覆。如果仅在超声处理之后和喷涂涂覆之前稀释混合物，则无法获得所需的均一性。然而，如果步骤1和2使用稀释程度更大的混合物，则由于球磨对液体含量较低的高粘度混合物最为有效，因此会使得球磨无法实现固体成分的有效分散。
因此，可认为，通过上述各步骤的特定顺序，可获得一种更加有利的方法，以及一种能够更加易于实现喷涂涂覆的催化剂墨水配方制剂，从而以更为高效的工艺以及更少的催化剂损失，制造催化剂涂覆膜。
根据上文，本发明提供一种制备催化剂墨水配方制剂的工艺，该工艺包括如下步骤：
(i)提供已经过球磨且包括催化剂、离聚物以及水的混合物；以及
(ii)对混合物进行为时约1分钟至约1小时的超声处理步骤。
本文中，“包括”一词可理解为必须有所提及的特征，但不限制其他特征的存在。或者，“包括”一词也可涉及仅旨存在所列举的部件/特征的情形(例如，“包括”一词可由“由……组成”或“基本上由……组成”这一表达方式替代)。此处明确指出，更宽和更窄的解释方式均可适用于本发明的所有方面和实施方式。也就是说，“包括”一词及其同义词可由“由……组成”这一表达方式、“基本上由……组成”这一表达方式或其同义词替代，反之亦然。
本文中，“基本上由……组成”这一表达方式及其等同表达方式可理解为指，材料内可存在少量杂质。例如，该材料的纯度可大于或等于90％，如大于95％，如大于97％，如大于99％，如大于99.9％，如大于99.99％，如大于99.999％，如等于100％。
本文中，除非上下文另有明确说明，未指明数量的物项既可以为单个，也可以为多个。因此，举例而言，“组合物”这一提法包括两种或更多种此类组合物的混合物；“氧载体”这一提法包括两种或更多种此类氧载体的混合物；“催化剂”这一提法包括两种或更多种此类催化剂的混合物；依此类推。
如IUPAC金皮书(IUPAC Gold Book)中所述，催化剂为在不改变反应的标准吉布斯能总变化的情况下提高反应速度的物质。本文中使用的“催化剂”一词是指能够催化燃料电池所用燃料分解为包括质子和电子在内供燃料电池用于生成电流的成分的催化剂。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述催化剂可包括选自由铂、钌、锇、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合组成的组的一种或多种，其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述催化剂可包括选自由铂、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合组成的组的一种或多种，其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述催化剂可包括铂。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述催化剂可设于固体载体上。在所述固体载体具有较大表面积时，这一做法可尤为有利。本文中可能提及的合适固体载体例如为碳。
本文中，“离聚物”一词是指由部分组成单元具有离子基团或可电离基团或同时具有离子基团和可电离基团的大分子组成的聚合物。为了避免歧义，本文中的“离聚物”一词是指聚合物，并不包括离聚物的商售配方中可能存在的任何溶剂。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述离聚物可包括全氟聚合物。在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述离聚物可包括磺化全氟聚合物，如基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物共聚物。
本发明步骤(i)中的混合物包括水。在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述水可以为去离子水，如25℃下电阻率大于18MΩ·cm的去离子水。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述已经过球磨且包括催化剂、离聚物以及水的混合物可通过如下步骤获得：
(a)提供包括催化剂、离聚物及水的混合物；
(b)对所述混合物进行为时约1分钟至约20分钟的球磨步骤；以及
(c)过滤球磨后的所述混合物。
通过使用短的球磨时间(1～20分钟)，可缩短催化剂墨水的制造时间，从而降低商业情形中的成本。此外，在使用传统球磨工艺(1～24小时)时，往往会导致催化剂墨水配方制剂内的材料发生降解及分离。因此，如实施例所示，使用更短的球磨时间具有极大的优势。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，在步骤(ii)之前，可以使用有机稀释剂稀释从步骤(c)获得的过滤后混合物，有机稀释剂例如为C1～4醇(如1-丙醇或2-丙醇)。有机稀释剂(如C1～4醇)与催化剂之间的重量比可以为约3：1至约10：1。虽然不受理论束缚，但这一重量比据信可得到能够实现有效喷涂涂覆的粘度。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，步骤(i)中的混合物可进一步包括有机溶剂。如此，可满足提高所述离聚物溶解度的需求。所述有机溶剂可与水互混，并且可包括醇(如C1～4醇)。针对这一目的的合适有机溶剂具体例如包括选自由乙醇、1-丙醇及2-丙醇组成的组的一种或多种有机溶剂。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，包括催化剂、离聚物及水的所述混合物可具有约1：3至约1：15的X：Y值，其中，
X为包括任何固体载体在内的催化剂及离聚物的总质量；
Y为水及有机稀释剂和/或有机溶剂(如有)的总质量。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述X：Y值可以为约1：5至约1：10。
虽然不受理论束缚，但此类比率据信可得到具有有效球磨所需的合适粘度的混合物。如此，可确保大的团聚体被分解，并使得离聚物均匀分布于所述催化剂上。
因此，在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，包括催化剂、离聚物及水的所述混合物可具有重量百分比为3～30％的固体含量，如重量百分比为5～20％的固体含量。此类重量百分比范围据信可得到适于球磨的粘度。为了避免歧义，本文中，这一情形下的“固体”一词不包括作为溶质存在的材料(即使当此类材料在标准温度和压力下通过其他方式以固态存在)。也就是说，当所述离聚物以溶解于溶液中的状态存在于所述混合物内时，就上述参数的目的而言，其不视为“固体”。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，在步骤(i)中的所述混合物内，包括任何固体载体在内的催化剂与离聚物之间的重量比可以为约1：1至约5：1，例如约1.5：1至约4：1。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，在步骤(i)中的所述混合物内，包括任何固体载体在内的催化剂与水之间的重量比可以为约1：2至约1：5，例如约1：2至约1：3。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，可通过任何合适的装置进行所述球磨步骤，例如行星式球磨机。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，可在约100rpm至约500rpm，例如约200rpm至约400rpm，例如约250rpm至约350rpm的旋转速度下进行所述球磨步骤。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述球磨步骤可进行约3分钟至约15分钟的时长，例如约4分钟至约10分钟的时长。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，可使用氧化锆球磨珠(zirconiaballs)和/或氧化锆球磨罐(zirconia grinding bowl)进行所述球磨步骤。该球磨步骤中使用的球磨珠可具有任何合适的直径。在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述球磨珠(如氧化锆球磨珠)可具有约2mm至约8mm的平均直径，例如具有约5mm的平均直径。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，可使用孔径为约20微米至约100微米，例如孔径为约30微米至约45微米的过滤器进行所述过滤步骤。本发明中可使用的过滤器的具体一例为400目的过滤器。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，所述超声处理步骤可进行约10分钟至约40分钟的时长，例如约15分钟至约30分钟的时长。
在本文中可能提及的一些本发明实施方式中，可在约20kHz至约30kHz的频率下进行所述超声处理步骤，例如约25kHz的频率下进行。
如本文所述，所述催化剂墨水配方制剂可用于形成催化剂涂覆膜。相应地，本发明提供一种如本文所述的工艺，所述工艺进一步包括如下步骤：
(iii)将所述催化剂墨水配方制剂喷涂涂覆于膜上。
该喷涂涂覆步骤可包括：在所述膜的每一面上喷涂多个涂层。涂层数量可根据所需的催化剂负载量(阴极一侧的负载量(如0.4mg/cm2)与阳极一侧的负载量(如0.1mg/cm2)不同)计算。喷涂过程可在实现所需的催化剂负载量后停止，负载量根据喷涂涂覆前后的重量差理论计算出。
举例而言，当所需负载量为0.2mg/cm2时，如果在20×20cm的膜上喷涂3mL墨水的单次喷涂所能实现的催化剂负载量为0.1mg/cm2，则还需额外进行一次喷涂。
所述催化剂涂覆膜可用于燃料电池。相应地，本发明还提供一种进一步包括如下步骤的工艺：
(iv)将所述催化剂涂覆膜整合到燃料电池内。
类似地，本发明还提供一种形成催化剂涂覆膜的工艺，包括如下步骤：
(A)提供已经过球磨及随后的超声处理且包括催化剂、离聚物及水的催化剂墨水配方制剂；以及
(B)将所述催化剂墨水配方制剂喷涂涂覆于膜上。
该工艺中使用的催化剂墨水配方制剂可通过如本文所述的方法制备。
该工艺可进一步包括如下步骤：
(C)将所述催化剂涂覆膜整合到燃料电池中。
下文中，通过如下实施例，对本发明进行说明，这些实施例不应理解为构成限制。
实施例
通用制备方法1
1.可在称取6.25g的催化剂粉末后将其分散于15g去离子水中，并置于250ml氧化锆球磨罐内。
2.氧化锆球磨罐内可加入5mm氧化锆球磨珠及50g的Nafion溶液(重量百分比为5％)，并可以气密密封盖覆盖该球磨罐。
3.可通过行星式球磨机PM100在室温下进行球磨，旋转速度为300rpm，球磨时间为5min(包括1min的间隔时间在内，总时间为10min)。
4.球磨过程完成后，墨水混合物可通过400目的过滤器过滤。
5.过滤后的墨水混合物内可加入30g的异丙醇。
6.过滤后的墨水混合物可在室温下在超声处理器(25kHz)中放置15min，以获得具有所需粘度的均一催化剂墨水。
7.所获得的墨水混合物可移入超声注射器支架中，并进行至少1/2小时的预处理，以在喷涂涂覆前保持催化剂粉末颗粒的悬浮和均一性。
可利用本领域已知的标准方法，进行喷涂涂覆。例如，喷涂涂覆步骤可包括：以Sono-tek XYZ运动超声涂覆系统(型号：ExactaCoat)，在膜的每一侧喷涂多个涂层。涂层数量可根据所需的催化剂负载量(阴极一侧的负载量(如0.4mg/cm2)与阳极一侧的负载量(如0.1mg/cm2)不同)计算。喷涂过程可在实现所需的催化剂负载量后停止，负载量根据喷涂涂覆前后的重量差理论计算出。举例而言，当所需负载量为0.2mg/cm2时，如果在20×20cm的膜上喷涂3mL墨水的单次喷涂所能实现的催化剂负载量为0.1mg/cm2，则还需额外进行一次喷涂。
实施例1：非加湿系统(non-humidified system)墨水配方
本实施例描述一种用于制造非加湿(开放阴极)系统所用CCM的墨水配方。此类配方可包括较高百分比的离聚物。
基于40％这一所需离聚物重量百分比(与催化剂粉末相比)，根据通用制备方法1，以6.25g催化剂粉末(Tanaka TEC10V40E，40％重量百分比的Pt/C)、4.17g的Nafion树脂(79.61g Chemours D520，Nafion重量百分比为5％)以及15g去离子水，制备墨水混合物。在300rpm下，进行10min球磨。墨水混合物通过400目的过滤器过滤后，在过滤后的墨水混合物内加入30g异丙醇。室温下，使用Elma多频超声装置(型号：TI-H-10)进行15min的25kHz超声处理。
墨水的催化剂(C)/离聚物(i)重量比为1.5：1(即6.25：4.17)。
墨水通过Sono-tek XYZ运动超声涂覆系统(型号：ExactaCoat)进行的喷涂涂覆，涂敷至膜状基底上。
实施例2：加湿系统(humidified system)的墨水配方
本实施例描述一种用于制造加湿(封闭阴极)系统所用CCM的墨水配方。此类配方可包括较低百分比的离聚物。
基于20％这一所需离聚物重量百分比(与催化剂粉末相比)，根据通用制备方法1，以6.25g催化剂粉末(Tanaka TEC10V40E，40％重量百分比的Pt/C)、1.56g的Nafion树脂(29.64g Chemours D520，Nafion重量百分比为5％)以及15g去离子水，制备墨水混合物。在300rpm下，进行10min球磨。墨水混合物通过400目的过滤器过滤后，在过滤后的墨水混合物内加入30g异丙醇。室温下，使用Elma多频超声装置(型号：TI-H-10)进行15min的25kHz超声处理。
墨水的催化剂(C)/离聚物(i)重量比为4：1(即6.25：1.56)。
墨水通过Sono-tek XYZ运动超声涂覆系统(型号：ExactaCoat)进行的喷涂涂覆，涂敷至膜状基底上。
本发明通过制备可直接用于喷涂涂覆的均一催化剂配方制剂，解决了现有技术的许多问题。本发明尤其克服了喷涂涂覆过程中的催化剂结块及喷嘴堵塞问题。
实施例3：工艺步骤顺序比较
利用实施例1的方法，制备两种墨水配方制剂。其区别在于，对于其中一种配方制剂，通用制备方法1的步骤5中的异丙醇在更早步骤中添加，所述更早的步骤为在球磨之前。从而导致了球磨步骤中的四组分混合物(催化剂、离聚物溶液、异丙醇及水)的稀释程度更高。通过该方法制备的墨水配方制剂下称“四组分”墨水配方制剂。
另一配方根据实施例1制备，下称“三组分”墨水配方制剂。
如下所述，两种催化剂墨水配方制剂(“三组分”和“四组分")均用于燃料电池中。
燃料电池按照下述方式制备。通过超声涂覆系统(ExactaCoat)，将催化剂墨水配方制剂喷涂于膜状基底上，以使两种配方制剂在8cm2的有效面积上实现相近的催化剂负载量。采用阳极-膜-阴极夹心结构制造膜-电极组合体，并组装出五电池单元电堆(5-cellstack)，以通过内部燃料电池测试系统，进行PEMFC测试。空气冷却式开放阴极PEMFC电堆由5个电池单元组成，有效面积为8cm2。阴极流场的开放式结构不但用于向燃料电池供应环境空气，还可去除热量和水。
表A：燃料电池电堆特性
| 输出功率 | 0～15W |
| 输出电流 | 0～5A |
| 工作电压 | 1～5V |
| 工作温度 | 0～65℃ |
| 电池单元数 | 5 |
| 有效电极面积 | 8cm2 |
| 氢气入口压力 | 1巴 |
| 氢气纯度 | 99.999％ |
针对以涂覆每种配方的CCM制成的五电池单元电堆，生成极化曲线(图1)。
·以步骤1包括异丙醇的“四组分”墨水配方制剂制成的五电池单元电堆出现性能下降。其原因据认为在于，进行球磨的混合物因稀释程度太高而无法实现完全均一化。
·与此相对，以“三组分”墨水配方制剂(即根据实施例1制备的配方制剂)制成的五电池单元电堆具有优异性能。
实施例4：球磨时间比较
传统的5小时球磨时间会使得催化剂墨水混合物的温度升高，从而导致离聚物在高剪切过程中发生热降解和解聚。如图2(左)所示，如此会导致混合物发生分离。
与此相对，10分钟的较短球磨时间(间隔1分钟)在将混合物维持于有利温度范围内的同时，还可实现所需的粒径减小以及使离聚物均匀分布于碳和Pt纳米颗粒之上的效果。如图2(右)所示，这一较短的球磨时间可获得高均一性的配方制剂。
Claims (23)
1.一种制备催化剂墨水配方制剂的工艺，所述工艺包括如下步骤：
(i)提供已经过球磨且包括催化剂、离聚物及水的混合物；以及
(ii)对所述混合物进行为时约1分钟至约1小时的超声处理步骤。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，已经过球磨且包括催化剂、离聚物及水的所述混合物通过如下步骤获得：
(a)提供包括催化剂、离聚物及水的混合物；
(b)对所述混合物进行为时约1分钟至约20分钟的球磨步骤；以及
(c)过滤球磨后的所述混合物。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，在步骤(ii)之前，使用选自由C1～4醇及其混合物组成的组的有机稀释剂稀释从步骤(c)获得的过滤后的所述混合物，
可选地，其中，所述有机稀释剂选自由1-丙醇和2-丙醇组成的组，可选地，其中，有机稀释剂与催化剂之间的重量比为约3：1至约10：1。
4.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，步骤(i)中的所述混合物进一步包括有机溶剂，
可选地，其中，所述有机溶剂包括醇，
进一步可选地，其中，所述有机溶剂包括选自由乙醇、1-丙醇及2-丙醇组成的组的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，包括催化剂、离聚物及水的所述混合物具有约1：3至约1：15的X：Y值，其中，
X为包括任何固体载体在内的催化剂及离聚物的总质量；
Y为水及有机稀释剂和/或有机溶剂(如有)的总质量，
可选地，其中，所述X：Y值为约1：5至约1：10。
6.根据权利要求2或根据从属于权利要求2时的权利要求3至5当中任意一项所述的工艺，其特征在于，包括催化剂、离聚物及水的所述混合物具有3～30％重量百分比，可选5～20％重量百分比的固体含量。
7.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，所述催化剂选自由铂、钌、锇、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合组成的组，其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属，
可选地，其中，所述催化剂选自由铂、铂钌合金、铂锇合金、铂钯合金、铂-M合金及其组合组成的组，其中，M为选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合组成的组的过渡金属，
进一步可选地，其中，所述催化剂为铂。
8.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，所述催化剂提供于固体载体上，
可选地，其中，所述固体载体为碳载体。
9.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，所述离聚物包括全氟聚合物，
可选地，其中，所述离聚物包括基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物共聚物。
10.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，在步骤(i)中的所述混合物内，包括任何固体载体在内的催化剂与离聚物之间的重量比为约1：1至约5：1，可选为约1.5：1至约4：1。
11.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，在步骤(i)中的所述混合物内，包括任何固体载体在内的催化剂与水之间的重量比为约1：2至约1：5，可选为约1：2至约1：3。
12.根据权利要求2或根据从属于权利要求2时的权利要求3至11当中任意一项所述的工艺，其特征在于，使用氧化锆球磨珠进行所述球磨步骤，
可选地，其中，所述氧化锆球磨珠具有约2mm至约8mm的平均直径，例如约5mm。
13.根据权利要求2或根据从属于权利要求2时的权利要求3至12当中任意一项所述的工艺，其特征在于，使用行星式球磨机进行所述球磨步骤。
14.根据权利要求2或根据从属于权利要求2时的权利要求3至13当中任意一项所述的工艺，其特征在于，以约100rpm至约500rpm，
可选以约200rpm至约400rpm，
进一步可选以约250rpm至约350rpm的旋转速度，进行所述球磨步骤。
15.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，所述球磨步骤进行约3分钟至约15分钟的时长，
可选约4分钟至约10分钟的时长。
16.根据权利要求2或根据从属于权利要求2时的权利要求3至15当中任意一项所述的工艺，其特征在于，使用具有约20微米至约100微米的孔径，可选约30微米至约45微米的孔径的过滤器，进行所述过滤步骤。
17.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，所述超声处理步骤进行约10分钟至约40分钟的时长，
可选约15分钟至约30分钟的时长。
18.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，其特征在于，以约20kHz至约30kHz的频率进行所述超声处理步骤。
19.根据前述权利要求当中任意一项所述的工艺，进一步包括如下步骤：
(iii)将所述催化剂墨水配方制剂喷涂涂覆于膜上。
20.根据权利要求19所述的工艺，进一步包括如下步骤：
(iv)将所述催化剂涂覆膜整合到燃料电池内。
21.一种形成催化剂涂覆膜的工艺，包括如下步骤：
(A)提供已经过球磨及随后的超声处理且包括催化剂、离聚物及水的催化剂墨水配方制剂；以及
(B)将所述催化剂墨水配方制剂喷涂涂覆于膜上。
22.根据权利要求21所述的工艺，其特征在于，通过根据权利要求1至18当中任意一项所述的方法制备所述催化剂墨水配方制剂。
23.根据权利要求21或22所述的工艺，其特征在于，进一步包括如下步骤：
(C)将所述催化剂涂覆膜整合到燃料电池内。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SG10202108416X | 2021-08-02 | ||
| SG10202108416X | 2021-08-02 | ||
| PCT/SG2022/050555 WO2023014300A1 (en) | 2021-08-02 | 2022-08-02 | Preparation of a catalyst ink for manufacturing a catalyst coated membrane (ccm) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117981124A true CN117981124A (zh) | 2024-05-03 |
Family
ID=84365646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280054127.4A Pending CN117981124A (zh) | 2021-08-02 | 2022-08-02 | 用于制造催化剂涂覆膜（ccm）的催化剂墨水的制备 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240339629A1 (zh) |
| EP (1) | EP4381548A1 (zh) |
| JP (1) | JP2024528140A (zh) |
| CN (1) | CN117981124A (zh) |
| WO (1) | WO2023014300A1 (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5234777A (en) | 1991-02-19 | 1993-08-10 | The Regents Of The University Of California | Membrane catalyst layer for fuel cells |
| US6221523B1 (en) | 1998-02-10 | 2001-04-24 | California Institute Of Technology | Direct deposit of catalyst on the membrane of direct feed fuel cells |
| US20080206616A1 (en) | 2007-02-27 | 2008-08-28 | Cabot Corporation | Catalyst coated membranes and sprayable inks and processes for forming same |
| EP2518806B1 (en) * | 2009-12-25 | 2015-08-19 | Showa Denko K.K. | Ink, fuel cell catalyst layer formed by using the ink and uses thereof |
| WO2018135611A1 (ja) * | 2017-01-23 | 2018-07-26 | 国立大学法人山梨大学 | エレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法及び装置 |
-
2022
- 2022-08-02 US US18/294,465 patent/US20240339629A1/en active Pending
- 2022-08-02 WO PCT/SG2022/050555 patent/WO2023014300A1/en active Application Filing
- 2022-08-02 CN CN202280054127.4A patent/CN117981124A/zh active Pending
- 2022-08-02 EP EP22814210.5A patent/EP4381548A1/en active Pending
- 2022-08-02 JP JP2024506152A patent/JP2024528140A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023014300A1 (en) | 2023-02-09 |
| JP2024528140A (ja) | 2024-07-26 |
| US20240339629A1 (en) | 2024-10-10 |
| EP4381548A1 (en) | 2024-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060105226A1 (en) | Metal catalyst and fuel cell with electrode including the same | |
| US8338059B2 (en) | Hybrid membrane-electrode assembly with minimal interfacial resistance and preparation method thereof | |
| JPH0888008A (ja) | 燃料電池とその製造方法 | |
| CN111370717A (zh) | 一种阴极催化剂浆料、阴极催化剂层、膜电极及燃料电池 | |
| KR101561101B1 (ko) | 고분자촉매슬러리조성물, 다공성 전극, 이를 포함하는 막-전극 접합체 및 그 제조방법 | |
| JPH08115726A (ja) | 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法 | |
| CN111725523A (zh) | 一种薄层疏水的燃料电池膜电极及其制备方法 | |
| US11777104B2 (en) | Dry fuel cell electrodes and methods of manufacture | |
| CN117981124A (zh) | 用于制造催化剂涂覆膜（ccm）的催化剂墨水的制备 | |
| CN115566200A (zh) | 催化剂浆料及制备、ccm及制备和膜电极 | |
| CN112310421B (zh) | 燃料电池用电极、膜电极组件、芯片、催化剂层、催化剂分散体及其制备方法 | |
| KR20180062091A (ko) | 막-전극 접합체 제조방법, 이로부터 제조된 막-전극 접합체 및 이를 포함한 연료전지 | |
| CN114628694A (zh) | 一种膜电极的制备方法及其应用 | |
| JP2000235859A (ja) | ガス拡散電極及びそれを備えた燃料電池 | |
| KR20200068998A (ko) | 산소반응성이 향상된 연료전지용 전극 및 이의 제조방법 | |
| US20220293986A1 (en) | Membrane-electrode assembly (mea) and methods of producing the same | |
| US20220181645A1 (en) | Catalyst, electrode, and method of preparing the same for pem fuel cells | |
| KR20180052905A (ko) | 연료전지용 전극 촉매층 형성을 위한 촉매 잉크의 제조 방법 | |
| KR100738059B1 (ko) | 연료전지용 전극, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지 | |
| JP2005235521A (ja) | 固体高分子型燃料電池用電極 | |
| CN116264283A (zh) | 一种纤维材料及其制备方法和作为膜电极催化层的应用 | |
| CN118207566A (zh) | 一种aem阳极浆料及其膜电极的制备方法 | |
| CN116799228A (zh) | 一种催化剂浆料及其制备方法、应用 | |
| CN117976918A (zh) | 一种电催化剂油墨、催化层、膜电极及其制备方法与应用 | |
| JP2005285511A (ja) | 燃料電池用電極触媒インクおよび燃料電池用電極触媒インクの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |