[发明专利]一种燃料电池膜电极浆料的制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池膜电极浆料的制备方法，具体包括以下步骤：首先依次加入催化剂颗粒、水、高分子聚合物质子导体、聚丙烯酰胺，乙酸和增稠剂，使其混合，用磁力搅拌器搅拌5～60分钟，制得混合物料，然后经过剪切乳化机或均质机搅拌，最后采用超声波震荡处理，制得催化剂浆料。本发明通过控制物料组成及加料顺序，并调整搅拌分散方式，有效降低了催化剂颗粒的团聚、提高了催化剂的分散性能。采用本发明的催化剂浆料制得的膜电极，电化学性能得到明显提高；而且本发明的工艺步骤简单，操作方便易行，原料低价易得，能耗少。

技术领域：

本发明涉及燃料电池膜技术领域，具体的涉及一种燃料电池膜电极浆料的制备方法。

背景技术：

作为质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极(Membrane Electrode Assembly,MEA)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。其中膜电极主要由质子交换膜、催化剂和扩散层构成，作为影响膜电极电化学性能的关键，催化剂浆料的配制工艺至关重要，其性能的好坏，直接影响到所制备出的膜电极的性能，并最终影响到燃料电池的发电性能。

催化剂浆料的状态对所形成催化剂层的微观结构有着重要影响，根据有机溶剂的介电常数及其与质子导体聚合物的相互作用，当采用不同有机溶剂配制催化剂浆料时，浆料会呈现出不同的状态(溶液态、胶体态、共沉物)，进而呈现出不同的催化特性。例如当浆料呈溶液状态时所形成的催化层性能一般不理想，而当浆料呈胶体状态时催化剂的利用率往往会得到提高，进而提高电池性能。除了有机溶剂种类之外，浆料中其它成分的配比、浆料分散方式等因素也会对膜电极的催化性能造成较大影响。因此，浆料制备的工艺控制是直接影响其性能的关键。

传统膜电极浆料的制备过程中，容易发生催化剂团聚和沉降的现象，会影响催化剂浆料的分散性和喷涂效果，进而影响催化剂的电化学性能。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种燃料电池膜电极浆料的制备方法，该方法操作简单，成本低，制得的电极浆料分散稳定性好，可有效改善膜电极的性能、提高膜电极的电流密度，有利于燃料电池运行稳定，从而使得燃料电池的性能更加优异。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池膜电极浆料的制备方法，包括以下步骤：

(1)依次加入催化剂颗粒、水、高分子聚合物质子导体、聚丙烯酰胺，乙酸和增稠剂，使其混合，用磁力搅拌器搅拌5～60分钟，制得混合物料；

(2)将上述混合物采用剪切乳化机或均质机继续搅拌10～70分钟；最后用超声波震荡5～60分钟，得到催化剂浆料。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，各组分用量以重量份计分别为：催化剂颗粒1份、水1-10份、高分子聚合物质子导体5-20份、聚丙烯酰胺0.5-10份，乙酸20-80份、增稠剂1.0-20份。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述催化剂颗粒、高分子聚合物质子导体、聚丙烯酰胺的质量比为1：(5-10)：(0.5-5)。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述高分子聚合物质子导体为全氟磺酸树脂、磺化三氟苯乙烯树脂、聚甲基苯基磺酸硅氧烷树脂、二氧化硅、二氧化钛、磺化聚苯乙烯-聚乙烯共聚物中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述增稠剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述磁力搅拌的转速为500～900rpm。

作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述搅拌的转速为3000～18000rpm。