[发明专利]电极催化剂浆液及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池

说明书

本发明涉及一种电极催化剂浆液的制备方法，包括以下步骤：将催化剂与离聚物溶液进行第一混合分散，在90℃～110℃静置自组装，过滤取固体，进行冷冻干燥，制得离聚物包覆的催化剂；将离聚物包覆的催化剂和溶剂进行第二混合分散，得电极催化剂浆液。通过先将催化剂与离聚物溶液进行混合分散，并控制在一定条件下进行静置自组装，以及进行冷冻干燥，使催化剂表面包覆有一层具有均匀孔洞的离聚物膜，有效解决了传统的将催化剂、离聚物和溶剂加在一起出现离聚物和催化剂分布不均匀的问题，通过提高催化层的传质效率有效提高催化剂利用率，降低铂载量。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种电极催化剂浆液及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池被认为具有很大发展前途的发电技术；而其中的质子交换膜燃料电池具有工作温度低、功率密度高、快速启动能力等优点，被认为电动汽车的理想动力源。质子交换膜燃料电池的核心部件为膜电极，其中的催化层是膜电极发生电化学反应的主要场所，催化层的性能直接影响膜电极的性能，而具有良好性能的催化层需具备良好的电子、质子、气体三相传输通道。常见的做法是在催化剂中添加离聚物，使其在具备粘结作用的同时还能充当反应的质子传输通道。

然而，传统的在催化剂中添加离聚物的制备方法是将催化剂、离聚物、溶剂等加在一起进行搅拌，如此无法掌控离聚物与催化剂的形貌，在干燥过程中容易出现离聚物与催化剂分布不均匀，导致三相反应通道不畅，降低燃料电池催化剂的利用率，从而降低燃料电池效率的问题。或者，通过添加一定量的增稠剂，并调整搅拌分散方式，降低了催化剂颗粒的团聚，提高了催化剂的分散性能。然而，增稠剂不会传导电子和质子，会影响膜电极的性能。

发明内容

基于此，本发明提供了一种电极催化剂浆液及其制备方法和催化剂涂层膜、燃料电池，使得离聚物和催化剂分布均匀。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种电极催化剂浆液的制备方法，包括以下步骤：

将催化剂与离聚物溶液进行第一混合分散，在90℃～110℃静置自组装，过滤取固体，进行冷冻干燥，制得离聚物包覆的催化剂；

将所述离聚物包覆的催化剂和溶剂进行第二混合分散，得所述电极催化剂浆液。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述离聚物溶液的浓度为0.03wt％～8wt％。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述催化剂选自铂碳和铂合金碳中的至少一种。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述离聚物溶液中的离聚物与所述催化剂中碳的质量比为(0.5～3.6):1。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述离聚物溶液中的离聚物为全氟磺酸树脂。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述第一混合分散和/或第二混合分散为剪切分散；

所述第一混合分散和所述第二混合分散的速率均为10000r/min～ 30000r/min，时间为10min～30min。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述静置自组装的时间为8h～24h。

在其中一些实施例中，电极催化剂浆液的制备方法中，所述冷冻干燥的温度为-10℃～-50℃，时间为24h～48h。

本发明提供了一种由上所述的电极催化剂浆液的制备方法制备得到的电极催化剂浆液。