[发明专利]一种质子交换膜燃料电池电极用浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池电极 用浆料的制备方法。

背景技术

燃料电池的电极是燃料电池的燃料和氧化剂进行电化学反应的场所，是燃 料电池的核心部件。电极通常是由导电的支撑层、微孔层与催化层组成的具有 多层结构的气体扩散电极。一般情况，支撑层为经疏水处理的碳纸或碳布，微 孔层由碳黑和PTFE组成，两者合起来称为扩散层。催化层由电催化剂如Pt/C 和质子传导树脂或PTFE构成。为使电化学反应能顺利进行，电极必须具备质 子、电子、反应气以及生成水的连续传递通道。

从电极的形式上可分为疏水电极和亲水电极以及复合催化层的电极。无论 哪一种形式的电极，电极制作中使用的浆料是影响电极性能的关键，浆料中各 种成份的分散程度都影响电极的性能，尤其是在浆料中催化剂分散不均时，会 因催化剂利用率不高导致电极性能较低。

在US Patent 20090169949中描述了一种质子交换膜燃料电池中催化层用 浆料的配制方法，它采用了一种可使催化剂颗粒与全氟树脂溶液以及其它溶剂 能够乳化在一起的溶剂，如胺类、醚类以及芳香烃类等材料，通过这些材料使 催化剂颗粒形成一种相对稳定的浆料。

在中国专利200610028206中描述了一种浆料的配制方法，浆料的配制中 采用了一些含有羧基的有机酸类物质为浆料中的辅料。

上述方法配制的浆料具有一定的稳定性，其不足是浆料中都含有使浆料乳 化的高沸点有机溶剂，浆料中各种物料的分散程度不均匀，难以控制，并且这 些方法的浆料配制耗时较多。

发明内容

本发明的目的是提供了一种改善浆料中各种物料的分散程度的浆料配制方 法及用该方法制备的浆料。

本发明的技术解决方案是：一种质子交换膜燃料电池电极用浆料的制备方 法，包括将催化剂颗粒分散到低沸点有机溶剂和可传导质子的高分子聚合物溶 液中，制成混合溶液，低沸点有机溶剂为无水乙醇或异丙醇，其特征在于所述 电极用浆料的制备方法还包括用高频率振荡探头和高剪切乳化机探头对所述的 混合溶液进行振荡分散和乳化，制成电极用乳化浆料，所述用高频率振荡探头 和高剪切乳化机探头对所述的混合溶液进行振荡分散和乳化包括以下步骤：先 将高频率振荡探头浸入到催化剂颗粒和低沸点有机溶剂混合溶液中振荡，然后 在经高频率振荡探头振荡后的催化剂颗粒和低沸点有机溶剂混合溶液中加入可 传导质子的高分子聚合物，再将高剪切乳化机探头浸入到加入了可传导质子的 高分子聚合物的混合溶液中运行。

本发明所述一种质子交换膜燃料电池电极用浆料的制备方法，其特征在于 所述用高频率振荡探头浸入到催化剂颗粒和低沸点有机溶剂混合溶液中振荡， 震振荡时间为30s～10min，振荡频率为50～60Hz，所述用高剪切乳化机探头 浸入到加入了可传导质子的高分子聚合物的混合溶液中运行，运行时间为1～5 min，运行转速为2000～20000转/分钟。

本发明所述一种质子交换膜燃料电池电极用浆料的制备方法，其特征在于 所述可传导质子的高分子聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)。

本发明所述一种质子交换膜燃料电池电极用浆料的制备方法制备的一种质 子交换膜燃料电池电极用亲水浆料，浆料包括催化剂、低沸点有机溶剂和可传 导质子的高分子聚合物，其特征在于所述电极用浆料中不含有高沸点有机溶剂， 所述低沸点有机溶剂为无水乙醇或异丙醇，可传导质子高分子聚合物为全氟磺 酸树脂溶液(Nafion)或羧酸树脂溶液(Flemion)，所述催化剂为碳载铂催化 剂，所述电极用浆料各组分组成比例为：碳载铂催化剂中铂含量为：30％～70％wt； 异丙醇或乙醇的添加量为催化剂质量的20～50倍，可传导质子的高分子聚合物 为催化剂量的10％～80％wt。