[发明专利]一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料的性能检测方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料的性能检测方法，包括：将按照原始配方制备的催化剂浆料加入旋转流变仪中，并设定测试温度；在第一旋转模式下进行稳态黏度测量；在第二旋转模式下进行流变曲线测量；在振荡模式下进行粘弹性测量；在第三旋转模式下进行触变性测量；根据测量得到的表观黏度、流变曲线、振幅扫描和触变环，确定催化剂浆料微观结构和涂布性能，若二者均与设计目标相一致，则判断性能检测通过，否则更改催化剂浆料配方，重新制备后进行性能检测，直至检测通过。与现有技术相比，本发明基于流变性测试，通过流变性测量结果能够快速、准确地确定浆料微观结构和涂布性能，以提高配方优化效率、保证催化剂浆料与设计目标一致。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池检测技术领域，尤其是涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料的性能检测方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)具有排放清洁、能量转换效率高等优点，在汽车、便携式电源、分散式电站等领域具有广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池通过H₂和O₂的电化学反应产生电能，质子交换膜燃料电池的一个重要组成部分是催化层(CL)，作为电化学反应的场所，催化层的微观结构控制着电子、质子、反应物和产物的输运特性，这些对燃料电池的性能至关重要。当前燃料电池的挑战之一是缺乏一种合理的方法来有效地设计具有最佳微观结构的催化层。

催化层的微观结构主要由催化剂浆料制备工艺控制。催化剂浆料的微观结构对形成最优催化层起着至关重要的作用，它主要受到催化剂与离子聚合物之间相互作用以及催化层涂布和干燥过程的影响。然而，目前催化剂浆料配方都是通过实验来优化：中国专利CN201110048293中提供了一种催化剂浆料的配置方法，浆料中加入增稠剂乙二醇、丙三醇和聚乙二醇中的一种，稳定剂为TritonX-100，从而提高催化剂浆料稳定性；专利CN2012101938301采用在质子交换膜燃料电池催化剂浆料中加入高分子聚合物分散剂，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、羟甲基纤维素钠(CMC)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酰胺(PAM)中的一种或其中任意两种以上的混合物；专利CN2010101765623公开了一种催化剂浆料的制作方法，改变了浆料中有机溶剂的组成以及添加顺序，首先利用异丙醇、乙醇、乙二醇等调制溶液态的催化剂浆料，然后在超声波振荡的条件下将所形成浆料滴加到醋酸丁醋中，进而形成胶体态的催化剂浆料。

上述诸多方法，都是通过实验来优化催化剂浆料配方，往往需要通过多次反复实验才能获得较为满意的结果，效率较低，且由于缺少对催化剂浆料的相关性能检测，使得生产出来的催化剂浆料难以满足后续的涂布加工要求，最终导致燃料电池不能达到理想的工作状态。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料的性能检测方法，通过对催化剂浆料进行流变性测试，以准确、可靠地对催化剂浆料进行相关性能评价，从而准确判断生产后的催化剂浆料能否满足涂布加工要求，以便后续对催化剂浆料配方进行针对性改进。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种质子交换膜燃料电池催化剂浆料的性能检测方法，包括以下步骤：

S1、按照原始配方，制备出质子交换膜燃料电池催化剂浆料备用；

S2、将制备的催化剂浆料加入旋转流变仪中，并设置好测试温度；

S3、在第一旋转模式下对催化剂浆料进行稳态黏度测量，得到催化剂浆料的表观黏度；

S4、在第二旋转模式下对催化剂浆料进行流变曲线测量，得到催化剂浆料的流变曲线；

S5、在振荡模式下对催化剂浆料进行粘弹性测量，得到催化剂浆料的振幅扫描；

S6、在第三旋转模式下对催化剂浆料进行触变性测量，得到催化剂浆料的触变环；