[发明专利]一种质子交换膜燃料电池膜电极用墨水及其制备方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极用墨水及其制备方法。本发明的质子交换膜燃料电池膜电极用催化剂墨水，包括催化剂和树脂溶液、表面活性剂及超纯水，所述催化剂是铂载量为40%‑60%的铂碳催化剂、铂钴合金催化剂或含铂三元合金催化剂；所述树脂溶液为全氟磺酸树脂溶液；所述表面活性剂为阳离子表面活性剂或者非离子型表面活性剂。本发明通过调节催化剂和树脂溶液、超纯水的比例，采用分步分散工艺，调节催化剂在墨水中的分布状态，降低燃料电池生产成本。本发明的膜电极相对于传统膜电极，因不使用醇类，能够极大的降低生产成本，易于放大，有利于批量生产。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及到一种质子交换膜燃料电池膜电极用墨水及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）的低污染甚至是无污染性受到全球广泛关注。随着燃料电池技术的发展和全球产业化的推进，低成本、高功率密度和长寿命的燃料电池产品已初具规模，继续降低电堆的成本成为燃料电池商业化的关键因素。作为燃料电池的关键性材料之一，膜电极的作用举足轻重，其墨水的制备直接决定了电池的性能和成本。

在制备膜电极的过程中，减少挥发分的使用既可以降低生产成本，又可以降低环境压力。现有的技术主要是通过添加醇类来提高催化剂墨水的可分散性和挥发性，有利于催化剂分散和墨水快速干燥，提高生产效率，但环境压力大，成本高。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种质子交换膜燃料电池膜电极用墨水及其制备方法。本发明用超纯水做溶剂，添加微量表面活性剂，使得树脂以特定的形态（球形）存在，防止在催化层中成膜影响气体（氢气和空气）和液体（水）的传输，可有效改善催化层内部微观结构；不使用醇类物质，可以降低生产安全隐患，且能同时降低生产成本。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供了一种质子交换膜燃料电池膜电极用催化剂墨水，包括催化剂和树脂溶液、表面活性剂及超纯水，所述催化剂是铂载量为40%-60%的铂碳催化剂、铂钴合金催化剂或含铂三元合金催化剂；

所述树脂溶液为全氟磺酸树脂溶液；所述表面活性剂为阳离子表面活性剂或者非离子型表面活性剂。

进一步地，所述全氟磺酸树脂为杜邦D520、杜邦D2020、索尔维D72或索尔维D79全氟磺酸树脂中的一种或多种。

另一方面，本发明实施例还提供了一种质子交换膜燃料电池膜电极用墨水的制备方法，包括以下步骤：

（1）称量一定量的催化剂、超纯水、树脂溶液、表面活性剂，并按照1:8-1000:6-12:0.01-0.1的质量配比进行混合；

（2）采用悬臂式搅拌器或磁力搅拌器对步骤（1）中的混合液进行搅拌得到催化剂墨水，所述悬臂式搅拌器具有聚四氟搅拌杆，搅拌速度100-800转/分钟，所述磁力搅拌器的搅拌速度100-1000转/分钟；步骤（2）中对催化剂墨水进行搅拌时，搅拌速度不能太慢，搅拌太慢则催化剂无法分散成纳米颗粒，也不能搅拌速度过快，防止产生大量泡沫；搅拌时间不能太短，时间太短不能分散均匀；搅拌时间也不能太长，时间太长会造成催化剂重新团聚，优选地，搅拌速度为300-700转/min，搅拌时间为30min-2h。

（3）将步骤（2）制得的催化剂墨水，采用均质机进行二次分散2-6次，所述均质机的压力1000-30000psi；

（4）将步骤（3）二次分散得到的催化剂墨水，采用磁力搅拌进行防沉降搅拌，搅拌速度为100-400转/分钟。

进一步地，步骤（2）中所述催化剂墨水的固含量为1%-12%。

进一步地，所述步骤（1）中进行混合时物料的添加顺序依次为：催化剂、超纯水、树脂溶液和表面活性剂。