[发明专利]一种质子交换膜燃料电池催化层的制备工艺与所用设备有效
申请号: | 201210395877.6 | 申请日: | 2012-10-18 |
公开(公告)号: | CN102903943A | 公开(公告)日: | 2013-01-30 |
发明(设计)人: | 胡桂林;李国能;张治国;郑友取;泮国荣 | 申请(专利权)人: | 浙江科技学院 |
主分类号: | H01M8/10 | 分类号: | H01M8/10;H01M4/88 |
代理公司: | 杭州赛科专利代理事务所 33230 | 代理人: | 杨嘉芳 |
地址: | 310023 浙*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 质子 交换 燃料电池 催化 制备 工艺 所用 设备 | ||
1.一种质子交换膜燃料电池催化层的制备工艺,其特征在于该制备工艺包括如下步骤:
A、将铂的有机化合物溶液搅拌均匀,经管道加压输送,再经外部均匀加热后雾化,喷射出液滴,在助燃气体燃烧产生的高温环境中气化燃烧;
B、气化燃烧所得的产物经迅速冷却,形成纳米级低温催化剂颗粒;
C、Nafion/C经雾化后喷出液滴,与步骤B所述的催化剂颗粒一起被溅射到质子交换膜基质板(17)上,形成催化层;
D、重复以上步骤A至步骤C,以不同的催化载量,在质子交换膜基质板(17)的另一面喷涂,分别生成阳极和阴极的催化层,形成膜电极组件。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层的制备工艺,其特征在于:步骤A所述铂的有机化合物溶液由铂金属化合物溶解在有机溶剂中,搅拌形成混合胶体状;所述铂的有机化合物溶液外部加热温度为140-160℃;所述铂的有机化合物溶液雾化后喷射的液滴粒径为0.3~0.6mm,喷出速度为0.8-3.0m/s,流量为0.6-1.0ml/min;所述助燃气体流量为0.2~0.5L/min,与流量为0.3~0.6L/min的氧气预混后,1.0~1.5个大气压,20-25℃,再经喷射,燃烧形成稳定的中心火焰。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层的制备工艺,其特征在于:所述步骤B中燃烧所得产物经冷却空气冷却,冷却所得催化剂颗粒的温度为100-200℃,大小为3~7nm,冷却空气流量为30-40slpm/喷嘴,压力为0.55-0.69MPa。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层的制备工艺,其特征在于:步骤C所述Nafion/C液滴颗粒大小为100-500nm。
5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化层的制备工艺,其特征在于:所述质子交换膜基质板(17)的温度为100~140℃,经电脑控制左右和前后运动,运动速度20-30mm/s。
6.一种按照权利要求1-5任意一项权利要求所述的质子交换膜燃料电池催化层制备所用的设备,其特征在于它包括沿竖向或横向中心轴(19)依次排列的催化剂喷射装置、冷却装置、Nafion/C喷射装置和接收装置,
催化剂喷射装置:它包括带第一搅拌器(2)的第一容器(1),第一容器(1)上连接有输送管道(3),输送管道(3)外布有感应脉冲式电阻线圈(4),输送管道(3)的端部设有球曲面状的喷射端板(6),喷射端板(6)与输送管道(3)的端部连通处为针孔状的中心喷射孔(18),在喷射端板(6)上设置有若干个围绕中心轴(19)均匀分布的助燃气体喷射孔(5),助燃气体喷射孔(5)连通助燃气体管路;
冷却装置,它包括冷却气体泵(7),与冷却气体泵(7)连通的若干个围绕中心轴(19)均匀分布的冷却气体喷头(8),每个冷却气体喷头(8)上设置有冷却气体喷嘴(9);
Nafion/C喷射装置:它包括带第二搅拌器(11)的第二容器(10),在第二容器(10)上连通有若干个围绕中心轴(19)均匀分布的Nafion/C喷头(12),每个Nafion/C喷头(12)上设置有Nafion/C喷嘴(13);
接收装置:它包括带控制电路的基质接收板(14),在基质接收板(14)上同时放置有4块大小均为5cm×5cm的质子交换膜基质板(17)。
7.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池催化层制备所用的设备,其特征在于:所述中心喷射孔(18)的直径1~3微米;所述助燃气体喷射孔(5)有3~12个,且每个助燃气体喷射孔(5)的中心线与中心轴(19)之间的夹角为30~60°。
8.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池催化层制备所用的设备,其特征在于:所述冷却气体喷头(8)有3~6个,冷却气体喷嘴(9)的形状为扁弧面状,其中心线与中心轴(19)之间的夹角为50-55°。
9.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池催化层制备所用的设备,其特征在于:所述Nafion/C喷头(12)有3~6个, Nafion/C喷嘴(13)的中心线与中心轴(19)之间的夹角为40-45°。
10.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池催化层制备所用的设备,其特征在于:所述质子交换膜基质板(17)的中部为聚合物膜(16),聚合物膜(16)的四周设置有若干气孔(15)。
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