[发明专利]一种燃料电池用高稳定性喷墨打印墨水及其制备与应用

说明书

本发明提供一种燃料电池用高稳定性喷墨打印墨水及其制备与应用。所述喷墨打印墨水由催化剂，溶剂，粘合剂，螯合剂和树脂溶液组成，其中，催化剂与溶剂，粘合剂，螯合剂和树脂溶液的质量比分别为1:15‑1:40,1:10‑1:30,1:10‑1:20和1:1.8‑1:12.6；所述催化剂为铂基催化剂；所述溶剂为异丙醇、乙醇或者水中的一种或多种；所述粘合剂为乙二醇或丙三醇中的一种或两种；所述螯合剂为乙酸丁酯；所述树脂溶液的质量分数1‑10％；与现有技术相比，本发明提供的燃料电池用喷墨打印墨水具有高稳定性，且制备方法简单，便于实现工业化；并且将本发明所述墨水通过喷墨打印于质子交换膜上制备所得的膜电极，经过去离子水浸泡和烘干后，呈现良好的电池性能，优于不含螯合剂的传统墨水。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种高稳定性喷墨打印墨水及其制备与应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有环境友好、能量转换率高、低温快速启动等特点，其在交通运输、便携式电源及航空航天领域具有十分广阔的发展前景。然而，如何进行燃料电池的大批量制备，并提升燃料电池的功率密度是制约燃料电池进一步发展的关键问题。

喷墨打印技术作为目前较为热门的制备技术之一，具有适用范围广，操作简单，低成本，可实现快速批量制备等诸多优点。目前，该技术已经能够便捷地应用于太阳能电池、有机发光二极管(OLED)、高分子发光二极管、功能材料打印机印刷电子等广泛的工艺制备和科研领域，在燃料电池制备领域有着巨大的发展潜力。将喷墨打印技术引入膜电极制备领域具有诸多优势：首先，喷墨打印技术可以很好的控制催化层内贵金属催化剂的含量和催化层厚度，便于制备低铂、超低铂载量以及超薄催化层，且与其它制备技术相比，催化层的平整度更高；其次，喷墨打印技术可以实现多种材料同步高精度打印，通过此技术可实现催化层内气体通道、排水通道等功能结构的建立，从而提升气体传质，减缓水淹现象的产生，降低贵金属催化剂的用量，制备功能有序化电极；再次，喷墨打印技术在膜电极大规模量产方面具有十分广阔的应用前景，可实现膜电极快速、大量的连续制备，并同步完成膜电极密封步骤，简化工艺流程，提高生产效率。

然而，喷墨打印技术在燃料电池制备领域的应用还存在诸多难点，尤其是高稳定性喷墨打印墨水的制备。由于燃料电池电极本身的特点，目前喷墨打印制备电极所需的传统墨水仅含有催化剂、粘合剂、溶剂和树脂溶液，所得到的传统墨水为悬浮液，分散体系不稳定，且催化剂本身粒径较大，极易出现墨水沉降及堵塞喷头等问题。因此，提高燃料电池用喷墨打印墨水的稳定性对于喷墨打印技术在燃料电池制备领域的应用至关重要，是解决燃料电池批量化生产问题的关键。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种燃料电池用高稳定性喷墨打印墨水及其制备与应用。与现有技术相比，本发明提供的燃料电池用喷墨打印墨水具有高稳定性，室温下静置24小时未出现沉降现象，且制备方法简单，便于实现工业化；并且将本发明所述墨水通过喷墨打印于质子交换膜上制备所得的膜电极，经过去离子水浸泡和烘干后，呈现良好的电池性能，优于不含螯合剂的传统墨水。

本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种燃料电池用喷墨打印墨水，所述墨水由催化剂、溶剂、粘合剂、螯合剂和树脂溶液组成；

所述催化剂与溶剂、粘合剂、螯合剂、树脂溶液的质量比分别为1:15-1:40、1:10-1:30、1:10-1:20、1:1.8-1:12.6；

所述催化剂为铂基催化剂；所述溶剂为异丙醇、乙醇或者水中的一种或多种；所述粘合剂为乙二醇或丙三醇中的一种或两种；所述螯合剂为乙酸丁酯；所述树脂溶液的质量分数1-10％。

优选地，所述铂基催化剂为铂黑，碳载铂，铂合金，核壳结构铂基催化剂，纳米线结构铂基催化剂或者单原子层铂基催化剂中的一种或多种；所述树脂为全氟磺酸树脂。

第二方面，本发明提供了一种喷墨打印墨水的制备方法，所述制备方法为：