[发明专利]一种燃料电池膜电极离聚物预处理方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池膜电极离聚物预处理方法，属于燃料电池技术领域，包括以下步骤：S1.称取离聚物分散液1份置于烧杯中,称取纯水10份和醇类溶剂2‑4份加入离聚物分散液并搅拌混合均匀，所述醇类溶剂为2‑3个碳的醇溶剂；S2.将预混后的离聚物分散液置于密闭式高速剪切机中，开启冷却系统，进行剪切，即完成离聚物的预处理；S3.然后将预处理的离聚物与催化剂、水、醇类溶剂进行混合，再将该浆料采用超声波进行分散处理，即制得所需的催化剂浆料。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池膜电极离聚物预处理方法。

背景技术

膜电极的催化层是燃料电池发生电化学反应的核心场所，也是决定膜电极功率密度的关键区域。催化层是由铂系催化剂和质子导体离聚物共同构建，且呈微纳米尺度的微孔结构。在催化层中，只有当催化剂铂粒子和离聚物相接触，且共同暴露在氢气和氧气分子能够扩散的位置如孔表面，形成气－液－固三相反应界面，才能使氢－氧电化学反应高效开展。

离聚物在膜电极催化层中的核心作用主要有三个方面：(1)传导质子；(2)稳定催化剂的分散状态；(3)构建微孔结构的骨架。因此，离聚物的形态结构是影响催化层性能和耐久性的关键因素。应使团聚状态的离聚物尽可能分散开，使其和分散的催化剂有效接触，同时其高分子链应相互搭接，呈网络结构，发挥骨架支撑作用。

常规膜电极制备所采用的一般是离聚物的分散液，即离聚物以纳米－微米级的团聚体分散在水或水－醇溶剂中，且团聚体的尺度受溶剂体系和离聚物浓度的影响。制备时，通常是将离聚物分散液直接和催化剂混合在一定的溶剂中，通过超声波或者球磨等方法进行整体分散，进而得到催化剂浆料。超声波可以有效的分散纳米催化剂，但对长径比较大且成聚集状态的离聚物分散效果不佳，无法对其进行有效的形态调控；球磨的剪切作用较强，对离聚物的形态调控作用明显，但该分散手段效率低，耗时长，且球磨的强剪切对催化剂有一定的损伤。

由此可见，上述方法均存在明显缺陷，无法高效的对离聚物进行分散和形态调控，影响离聚物和催化剂的两相分布，进而不利于催化层高活性反应界面的构建和强度，最终影响膜电极的性能和寿命，这也是膜电极浆料制备中面临的主要技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池膜电极离聚物预处理方法，解决现有设计规范中无法高效的对离聚物进行分散和形态调控，影响离聚物和催化剂的两相分布，进而不利于催化层高活性反应界面的构建和强度，最终影响膜电极的性能和寿命的技术问题。

本发明公开了一种燃料电池膜电极离聚物预处理方法，包括以下步骤：

S1.称取离聚物分散液1份置于烧杯中,称取纯水10份和醇类溶剂2-4份加入离聚物分散液并搅拌混合均匀，所述醇类溶剂为2-3个碳的醇溶剂；

S2.将预混后的离聚物分散液置于密闭式高速剪切机中，开启冷却系统，进行剪切，即完成离聚物的预处理；

S3.然后将预处理的离聚物与催化剂、水、醇类溶剂进行混合，再将该浆料采用超声波进行分散处理，即制得所需的催化剂浆料。

进一步的，步骤S1中所述醇类溶剂为乙醇或正丙醇。

进一步的，步骤S1中加入乙醇2份。

进一步的，步骤S2中，冷却系统维持浆料温度25℃，剪切线速度20-30m/s，剪切作用时间2-8min

进一步的，步骤S2中，冷却系统维持浆料温度25℃，剪切线速度20m/s，剪切作用时间2min。

进一步的，步骤S2中，冷却系统维持浆料温度25℃，剪切线速度20m/s，剪切作用时间5min。

进一步的，步骤S2中，冷却系统维持浆料温度25℃，剪切线速度30m/s，剪切作用时间5min。