[发明专利]燃料电池用催化剂浆料及其制备方法与膜电极

说明书

本申请涉及燃料电池领域，具体公开一种燃料电池用催化剂浆料及其制备方法与膜电极。该燃料电池用催化剂浆料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1)在50‑90℃下对全氟磺酸溶液进行超声分散处理，得到全氟磺酸分散液；步骤S2)将全氟磺酸分散液与催化剂、分散剂和去离子水混合并进行乳化分散后得到所述燃料电池催化剂浆料。利用该制备方法能够解决现有的催化剂浆料中质子传导离聚物分散不均的问题，用于提高催化剂浆料中质子传导离聚物的分散性。

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池用催化剂浆料及其制备方法与膜电极。

背景技术

燃料电池是一种能够通过电化学反应将化学能直接转换为电能的发电装置。燃料电池中的膜电极是其核心部件，由质子交换膜、阴阳极催化层和气体扩散层组成。通常，催化层的制备是将含Pt催化剂、质子传导离聚物和分散剂的催化剂浆料涂覆到质子交换膜两侧，干燥后形成催化层。因此催化剂浆料的均匀性对形成的催化层的微结构具有重要影响，直接影响所制备膜电极的孔结构、孔隙率、亲憎水性等性能。

催化层厚度通常在几个微米，如果催化剂浆液中的质子传导离聚物没有得到充分分散，喷涂后所形成的催化层可能会出现质子传导离聚物分散不均、催化剂局域无质子传导离聚物的情况，此外，靠近质子交换膜的催化界面可快速进行质子耦合-电子转移反应，而远离质子交换膜的催化层中因质子传导离聚物分散不均会导致因缺少质子而抑制反应进行，从而影响电池性能。

目前现有的催化剂浆料的制备方法中，通常是将提供质子传导离聚物的全氟磺酸溶液与催化剂和/或分散剂混合后，经剪切乳化分散、超声震荡等操作后制备得到催化剂浆料。但是利用该方法制备的催化剂浆料，其分散性仍会对电池的电性能产生一定的影响，无法最大程度的提升电池的电性能。因此，如何解决催化剂浆料中质子传导离聚物的分散性，是目前膜电极实现性能提升需要解决的关键技术问题。

发明内容

本申请提供一种燃料电池用催化剂浆料及其制备方法与膜电极，用于解决现有的催化剂浆料中质子传导离聚物分散不均的问题。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种燃料电池用催化剂浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1)在50-90℃下对全氟磺酸溶液进行超声分散处理，得到全氟磺酸分散液；

步骤S2)将全氟磺酸分散液、催化剂和分散于去离子水中进行混合，得到所述燃料电池催化剂浆料。

进一步地，在所述步骤S1)中，所述超声分散处理的时间为30-120min。

进一步地，在所述步骤S1)中，所述超声分散处理中的超声功率为500-1500W。

进一步地，在所述步骤S1)中，将所述全氟磺酸溶液与去离子水混合后再进行超声分散处理。

进一步地，在所述步骤S1)中，与去离子水混合前，所述全氟磺酸溶液的质量浓度为4％-8％。

进一步地，所述步骤S2)中，所述分散剂为醇类分散剂，所述步骤S1)中的去离子水和所述步骤S2)中的去离子水的质量之和与所述分散剂的质量比为1:0.8-1:1.1。

进一步地，所述步骤S2)中，将全氟磺酸分散液、催化剂和分散于去离子水中进行混合后进行剪切分散，剪切速度为10-30m/s。

进一步地，所述步骤S2)中，剪切分散的运行时间为6-15min。

一种燃料电池用催化剂浆料，利用本申请提供的制备方法制备得到。

一种燃料电池用膜电极，包括质子交换膜、设置在所述质子交换膜一侧的阳极催化层和设置在所述质子交换膜另一侧表面的阴极催化层，所述阳极催化层和所述阴极催化层分别利用本申请的催化剂浆料制备得到。