[发明专利]一种调控燃料电池用催化剂浆料粘度的方法

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种调控燃料电池用催化剂浆料粘度的方法。本发明将制备得到的催化剂浆料通过均质机的内部作用力，破碎催化剂浆料中的催化剂团聚体，分散催化剂浆料，使得催化剂浆料的粘度升高；然后通过高剪切分散和行星式搅拌分散使浆料内部的团聚体排列更加有序化，从而降低催化剂浆料的粘度。本发明通过优化分散方法有效的破碎催化剂浆料中的团聚体，并且改变催化剂浆料的内部状态从而有效的调控催化剂浆料的粘度，且不会减少催化剂活性位点，使其适应于多种不同的涂布技术；此外该方法操作简单，可用于卷对卷制备催化层过程中的催化剂浆料分散。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种调控燃料电池用催化剂浆料粘度的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池因其高效、高功率密度、常温工作、零排放等优点，具有广阔的应用前景。催化层是燃料电池发生电化学反应的地方，因此提高燃料电池效率必须优化催化层结构。催化层通常由催化剂和质子导体离聚物或粘结剂组成，具有形成网络交联的多孔结构，构筑电子与质子的迁移通道、气体扩散通道和水传输通道。因此在设计和制备催化层时，需要优化电子、质子、气体和水的传输路径来最大限度的提高催化剂利用率。

催化层一般是催化剂浆料经过涂布和干燥后制备。因此浆料的涂布对催化层结构的优化至关重要。涂布工艺显著的影响催化层的结构，比如孔隙、孔径分布、催化层厚度等，从而影响燃料电池的性能。涂布过程是催化层形貌的缺陷形成的重要影响因素，比如裂纹、催化剂上离聚物薄膜太厚、团聚体过大等。这些缺陷会对燃料电池的性能下降和降解。为不同的浆料选择合适的涂布技术可以减少此类缺陷。

目前燃料电池涂布的方法有刷涂、狭缝涂布、喷涂、丝网印刷、喷墨打印等。然而不同的涂布方法需要浆料有相适应的流变性。流变性决定了涂布结构的一致性和可重复性，因此必须讲浆料粘度控制在一个合适的范围内。催化剂浆料中颗粒体积分数、及其微观结构和空间排列对油墨的粘度有很大的影响。因此对于不同的涂布技术或者涂布参数需要调控催化剂浆料的粘度。中国专利CN112599803A涉及一种燃料电池的膜电极用催化剂浆料及其制备方法，在浆料中加入了粘度调节剂：丙三醇、聚氧化乙烯或聚乙二醇中的一种或多种来调节浆料的粘度。中国专利CN113488669A公开一种质子交换膜燃料电池无杂质匀浆工艺，通过附加真空消泡过程脱除搅拌过程形成的气泡和添加增韧剂提升浆料的涂布性能，增韧剂为N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。中国专利CN109390593A提供一种燃料电池膜电极浆料的制备方法，该方法通过在浆料中加入聚丙烯酰胺，乙酸和增稠剂，从而改善了催化剂颗粒的团聚，提高了催化剂的分散性能。

尽管以上的这些催化剂浆料的制备方法都能够在一定程度上调控催化剂浆料的粘度，但大多都是通过加入增稠剂、分散剂、增韧剂等来调控浆料的粘度，这些新加入的物质和浆料的组分产生相互作用，会使催化剂活性位点减少，从而使燃料电池性能降低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种调控燃料电池用催化剂浆料粘度的方法。本发明将制备得到的催化剂浆料通过均质机的内部作用力，破碎催化剂浆料中的催化剂团聚体，达到分散催化剂浆料的目的，由于催化剂浆料中的催化剂团聚体经过分散后变成更小的颗粒，增加了催化剂颗粒的体积分数，从而导致催化剂浆料粘度增加；然后通过高剪切分散和行星式搅拌分散使浆料内部的团聚体排列更加有序化，从而降低催化剂浆料的粘度。本发明通过优化分散方法有效的破碎催化剂浆料中的团聚体，并且改变催化剂浆料的内部状态从而有效的调控催化剂浆料的粘度，且不会减少催化剂活性位点，使其适应于多种不同的涂布技术；此外该方法操作简单，可用于卷对卷制备催化层过程中的催化剂浆料分散。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的是提供一种调控燃料电池用催化剂浆料粘度的方法，包括以下步骤：

(1)将催化剂溶于去离子水，然后依次加入醇和全氟磺酸，超声分散后得到第一催化剂浆料；