[发明专利]催化剂浆料、制备方法及燃料电池

说明书

本发明公开了一种催化剂浆料、催化剂浆料的制备方法、燃料电池催化层的制备方法及燃料电池，该催化剂浆料的制备方法包括：提供含全氟磺酸聚合物的第一溶液和催化剂，其中，所述全氟磺酸聚合物均匀分散在所述第一溶液中，且其分子链呈舒展状态；将所述第一溶液和所述催化剂混合均匀并分散，得到所述催化剂浆料，其中，所述催化剂均匀分散在所述催化剂浆料中和所述全氟磺酸聚合物呈舒展状态的分子链中。通过这种方式，本发明能够实现催化剂浆料分散均匀，进而使催化层结构均匀、孔隙率高、利用率高，使燃料电池的气体扩散性能好，能够提高燃料电池膜电极的电性能和耐久性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种催化剂浆料、催化剂浆料的制备方法、燃料电池催化层的制备方法及燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种电化学电池，其主要原理是将燃料和氧化剂中的化学能经氧化还原反应直接转化为电能。质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane FuelCell)作为燃料电池领域的重要分枝，除了拥有燃料电池一般性特点如能量转换效率高、环境友好之外，还具有室温下启动速度快、体积小、无电解液损失、容易排水、寿命长、比功率和比能量高等突出优点。因此，质子交换膜燃料电池具有非常广阔的应用前景。

膜电极(MEA，Membrane Electrode Assembly)是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极一般由五部分组成：中间的质子交换膜、两侧的阴/阳极催化层和最外侧的阴/阳极气体扩散层。催化层是由催化剂和全氟磺酸离子交联聚合物分散在溶剂中所形成的催化剂浆料，经不同的涂布工艺附着到质子交换膜或者气体扩散层上制成的。其中，催化剂浆料分散的均匀性对膜电极的性能起着决定性作用。

但是，本申请的发明人在长期的研发过程中发现，燃料电池催化剂浆料分散不均匀，催化层结构不均匀，催化层孔隙率较低，导致催化剂利用率不高，不利于气体扩散及传质过程，严重影响膜电极的电性能和耐久性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种催化剂浆料、催化剂浆料的制备方法、燃料电池催化层的制备方法及燃料电池，能够实现催化剂浆料分散均匀，进而使催化层结构均匀、孔隙率高、利用率高，使燃料电池的气体扩散性能好，能够提高燃料电池膜电极的电性能和耐久性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种催化剂浆料，包括：全氟磺酸聚合物，均匀分散在所述催化剂浆料中，且其分子链呈舒展状态；催化剂，均匀分散在所述催化剂浆料中和所述全氟磺酸聚合物呈舒展状态的分子链中。

其中，所述催化剂是含铂的催化剂；所述催化剂中所述铂的质量百分含量范围是20-70％；所述催化剂的载体是碳载体；所述催化剂包括碳载铂、碳载铂钯、碳载铂钌、碳载铂铱中的一种；所述全氟磺酸聚合物与所述催化剂中所述碳载体的重量比范围是0.5-1.5。

其中，所述催化剂浆料还包括第一溶剂；所述第一溶剂是极性溶剂；所述第一溶剂是水和第一有机溶剂的混合溶剂；所述第一有机溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的至少一种。

其中，所述催化剂浆料的粘度范围是10-300毫帕斯卡·秒。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种燃料电池，所述燃料电池包括催化层，所述催化层是利用如上任一项所述的催化剂浆料涂布而形成的。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种催化剂浆料的制备方法，所述方法包括：提供含全氟磺酸聚合物的第一溶液和催化剂，其中，所述全氟磺酸聚合物均匀分散在所述第一溶液中，且其分子链呈舒展状态；将所述第一溶液和所述催化剂混合均匀并分散，得到所述催化剂浆料，其中，所述催化剂均匀分散在所述催化剂浆料中和所述全氟磺酸聚合物呈舒展状态的分子链中。