[发明专利]催化剂浆料及制备、CCM及制备和膜电极

说明书

本发明提供了一种催化剂浆料及制备、CCM及制备和膜电极，该催化剂浆料包括催化剂、全氟磺酸树脂分散液及溶剂；其中，全氟磺酸树脂分散液包括全氟磺酸树脂和分散剂，且全氟磺酸树脂分散液在温度为25℃、剪切速度为10S^‑1条件下的粘度为500～700cP，溶剂包括水和第一醇，第一醇为碳原子个数＜3的醇，且水和第一醇的重量比为(1～4):1。应用本发明提供的催化剂浆料在制备CCM时能够大幅度缓解裂纹现象产生，且由其制备的膜电极具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种催化剂浆料及制备、CCM及制备和膜电极。

背景技术

膜电极作为燃料电池的核心组件，主要由阳极气体扩散层、阳极催化剂层、质子交换膜、阴极催化剂层和阴极气体扩散层组成。其中，由阳极催化剂层、质子交换膜和阴极催化剂层构成的三合一结构的组件为膜电极用催化剂涂覆质子膜，简称为CCM(CatalystCoated Membrane)。目前大多数的CCM是通过热压转印的方法制备，其制备过程是将催化剂浆料首先涂布在转印基膜上，然后在一定的温度和压力条件下从转印基膜转印到质子交换膜上。

近两年，部分膜电极生产企业(如鸿基、擎动、捷氢科技等)采用单面或双面直涂的方法来制备CCM，其过程是将催化剂浆料直接涂布到质子交换膜上，再经过加热干燥工序制备CCM。与热压转印的制备方法相比，双面直涂的制备方法具有生产工序少、生产效率高的特点，且由于催化剂层和质子交换膜的界面接触电阻更小，使得生产出来的膜电极性能更高，批次生产的稳定性越好。据统计，采用该方法制备的膜电极年产量是热压转印方法的10～100倍。

但是，随着研发逐渐深入，科研人员发现采用双面直涂的方法制备CCM对浆料的要求比较高。采用常规热压转印体系的浆料直接涂覆到质子交换膜上，经烘干后催化剂层容易出现裂纹，进而影响膜电极的性能。基于此，迫切需要提供一种催化剂浆料，以解决现有技术在制备CCM时容易出现裂纹现象，从而导致膜电极的电池性能较差的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种催化剂浆料及制备、CCM及制备和膜电极，以解决现有技术在制备CCM时容易出现裂纹现象，从而导致膜电极的电池性能较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种催化剂浆料，该催化剂浆料包括催化剂、全氟磺酸树脂分散液及溶剂；其中，全氟磺酸树脂分散液包括全氟磺酸树脂和分散剂，且全氟磺酸树脂分散液在温度为25℃、剪切速度为10S^-1条件下的粘度为500～700cP；溶剂包括水和第一醇，第一醇为碳原子个数＜3的醇，且水和第一醇的重量比为(1～4):1。

进一步地，全氟磺酸树脂分散液中全氟磺酸树脂的重量含量为15～25wt％；优选全氟磺酸树脂的EW为700～900g/mol；优选分散剂包括水和第二醇；优选分散剂中水和第二醇的重量比为(1～3)：(1～4)；优选第二醇选自乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或叔丁醇的一种或多种；优选第二醇为乙醇和正丙醇，进一步优选乙醇和正丙醇的重量比为(3～1)：(2～1)。

进一步地，催化剂浆料中，催化剂、全氟磺酸树脂分散液及溶剂的重量比为(1～2)：(2～10)：(10～25)，优选(1～2)：(3～7)：(10～15)。

进一步地，催化剂为阳极催化剂或阴极催化剂；优选阳极催化剂的活性组分为铂、钌、铱或其合金；优选阴极催化剂的活性组分为铂、钴、镍或其合金。

进一步地，催化剂浆料在温度为25℃、剪切速度为10S^-1条件下的粘度为30～300cP，优选为60～160cP；优选催化剂浆料中固体颗粒的D90粒度2μm，进一步优选为0.5～1.5μm。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种催化剂浆料的制备方法，制备方法包括：将催化剂、溶剂及全氟磺酸树脂分散液混合，得到催化剂浆料。