[发明专利]催化剂浆料及制备催化剂浆料与膜电极组件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域。具体而言，本发明涉及质子交换膜燃料电池的催化剂浆料及制备催化剂浆料与膜电极组件的方法。

背景技术

膜电极组件是质子交换膜燃料电池的核心元件，常见的膜电极组件的制备方法是直接法和转印法。直接法是直接将催化剂浆料涂布在质子交换膜上，转印法是先将催化剂浆料涂布在转印膜上，然后由热压的方法再将其转印于质子交换膜上。

然而，目前催化剂浆料以及制备催化剂浆料与膜电极组件的方法，仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种催化剂浆料及制备催化剂浆料与膜电极组件的方法。

为了实现上述目的，本发明在一个方面提供一种催化剂浆料。根据本发明的实施例，该催化剂浆料含有：催化剂，所述催化剂为选自Pt/C、Pt和Pt-M/C的至少一种，其中，M为选自Co、Mo、W、Ru和Pd的一种或者两种；质子交换树脂；有机溶剂；和增稠剂，其中，所述催化剂浆料的粘度为50mpa/s以上。发明人发现:利用根据本发明实施例的催化剂浆料，可以用于转印法制备质子交换膜燃料电池的膜电极组件，能够实现完全转印，显著地提高催化剂的利用率和膜电极的性能，降低质子交换膜燃料电池的生产成本。

根据本发明的一些实施例，上述催化剂浆料还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述质子交换树脂为5～10重量%的Nafion溶液。质子交换树脂Nafion与催化剂结合在一起，可以有效地传导质子，减少电池内阻。

根据本发明的一个实施例，所述有机溶剂为选自乙醇、异丙醇和正丁醇的至少一种。由此，可以有效地分散催化剂颗粒和Nafion树脂，使其均匀混合。

根据本发明的一个实施例，所述增稠剂为选自乙二醇、丙三醇和乙酸丁酯的至少一种。由此，可以有效地增加浆料的粘度和浆料中催化剂颗粒的悬浮性能，有利于涂布机均匀涂布。

根据本发明的一个实施例，所述催化剂、质子交换树脂、有机溶剂和增稠剂的重量比例为10：2～6：20～60：5：40。由此，可以制备颗粒分散度高、悬浮性好、粘稠度适宜的催化剂浆料。

本发明在另外一个方面提供一种制备催化剂浆料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将所述催化剂、质子交换树脂、有机溶剂和增稠剂混合；以及将所得到的混合物在5000～20000rpm下搅拌15～60min。由此，利用根据本发明实施例的制备催化剂浆料的方法可以有效地制备催化浆料，进而所得到的催化剂浆料能够有效的应用于转印法制备质子交换膜燃料电池的膜电极组件，能够实现完全转印，显著地提高催化剂的利用率和膜电极的性能，降低质子交换膜燃料电池的生产成本。

本发明在又一个方面提供一种制备膜电极组件的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将上述的催化剂浆料涂布于转印膜上，以便在所述转印膜的表面形成催化剂层；通过热压转印方法，将所述转印膜的催化剂层转移至质子交换膜上；以及在高温下剥离所述转印膜，以便得到所述膜电极组件。由此，利用根据本发明实施例的制备膜电极组件的方法，可以有效地制备膜电极组件，并且具有催化层分布均匀、转印效率高以及制备工艺简单等优点。

根据本发明的一个实施例，所述转印膜为选自以PET为基底的氟素膜、PTFE膜和F46膜的至少之一，所述质子交换膜为氢离子型质子交换膜。由此，可以简单有效地将催化剂浆料均匀的涂布在转印膜上，并有利于提高催化层的剥离效率。

根据本发明的一个实施例，在120℃～140℃的温度条件下，剥离所述转印膜。由此，可以有效地将转印膜上的催化层完全转移到质子交换膜上，从而大大提高了催化剂的利用效率，可以有效地防止即造成催化剂的浪费又使得转印的催化层厚度不均匀问题发生。