[发明专利]燃料电池用的电极浆料及其制造方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池用电极浆料及其制造方法、燃料电池用膜‑电极组件的制造方法、燃料电池用五层膜‑电极组件的制造方法、燃料电池。本发明公开的燃料电池用的电极浆料，包含：100重量份的离聚物簇，100～200重量份的催化剂，300～1000重量份的混合溶剂，混合溶剂包含去离子水和多元醇，去离子水和多元醇分别占混合溶剂总体积的30～70％。本发明通过控制特定的多元醇比例，调节离聚物簇的大小至纳米级，不仅使离聚物均匀分布，还减小了离聚物对催化剂的覆盖面积，增加了电极的催化剂的氧化还原反应效率，既保证了电极的高电流密度，提高了电池性能，还提高了电池的耐久性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术，特别涉及一种燃料电池用电极浆料及其制造方法、燃料电池用膜-电极组件的制造方法、燃料电池用五层膜-电极组件的制造方法、燃料电池。

背景技术

随着科学技术的发展，对大容量电源的需求大幅增加。然而常规的锂电池(二次电池)无法满足该需求，并具有短时间使用后需要重新充电和寿命短的缺点。因此为了解决此问题，环保、高密度能量和长寿命特点的燃料电池作为下一代电源而受到关注。

这样的燃料电池根据所使用的电解质的类型，可分为聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell，PEMFC)、磷酸燃料电池(phosphoric acidfuel cell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，MCFC)和固态氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)，并且燃料电池的工作温度和组件的材料取决于被使用的电解质。另外，根据向正极的燃料供应方法，可分为用于通过燃料重整器将燃料转化为富氢气体并供应至正极的外部重整类型，以及用于将气体或液体燃料直接供应至正极的直接供应类型或内部重整类型。PEMFC即使在体积小，重量轻也可以实现高功率密度，并且使用PEMFC具有可简化发电系统的构造的优点，因此可以适用于运输和建筑领域。

燃料电池的基本结构通常由正极电极(燃料电极)，负极电极(氧化剂电极)和设置于其之间的电解质膜结构构成，被称为膜-电极组件(3-Layer)。正极电极具有用于促进燃料氧化的催化剂层，负极电极具有用于促进氧化剂还原的催化剂层。在正极中，燃料被氧化产生氢离子和电子，氢离子通过电解质膜转移到负极，电子通过导体(或集电器)转移到外部电路(负载)。在负极中，通过电解质膜传输的氢离子，和通过导体(或集电器)从外部电路传输的电子和氧气混合在一起而产生水。此时，电子通过外部导体从正极移动到负极来发电。上述电极的氧化还原反应取决于催化剂和粘合剂的分散，并表现出很大的差异。这样的差异表示电流密度和耐久性的差异会影响燃料电池的性能，因此电极设计是燃料电池的核心技术之一。

上述燃料电池用电极浆料通常的制造方法，是通过将具有低沸点、易干燥的1-丙醇或IPA(异丙醇)的溶剂与去离子水以恒定比例混合而成。然而，通过上述方法制备的浆料增加了制备电极浆料的粘合剂的簇大小，并且溶剂本身的粘度低，导致浆料相互稳定性低，电极浆料的极速分层而导致难以批量生产。由于粘合剂分布不均匀而导致低电流密度和电极耐久性，因此上述制造的电极为了用于燃料电池，必须层压更多的膜-电极组件。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种燃料电池用的电极浆料，包含：100重量份的离聚物簇，100～200重量份的催化剂，300～1000重量份的混合溶剂，混合溶剂包含去离子水和多元醇，去离子水和多元醇分别占混合溶剂总体积的30～70％。

进一步，离聚物簇包含但不限于如下一种或多种的组合：氟聚合物、苯并咪唑聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚醚酰亚胺聚合物、聚苯硫醚聚合物、聚砜聚合物、聚醚砜聚合物、聚醚酮聚合物、聚醚醚酮聚合物、聚苯基喹喔啉聚合物。

进一步，离聚物簇的平均大小为30～90nm。