[发明专利]用于燃料电池的具有梯度孔隙率的阴极催化层制造工艺

摘要

本发明涉及一种用于燃料电池的具有梯度孔隙率的阴极催化层制造工艺，属于质子交换膜燃料电池技术领域。一种用于燃料电池的具有梯度孔隙率的阴极催化层制造工艺，将负载型催化剂、质量百分比浓度为5～20％的全氟磺酸树脂溶液、低沸点溶剂、去离子水混合均匀得到催化剂浆料，将催化剂浆料喷涂于质子交换膜上制备阴极催化层，其喷涂次数控制为2～4次，利用本发明所述工艺制备的阴极催化层从质子交换膜侧到气体扩散层侧催化层孔隙率逐渐增大，这种孔隙率梯度结构的催化层，在兼顾质子传导能力的同时，扩大了气/固/液三相界面。既保证了低电流密度操作时，内层催化层的锁水能力。又兼顾了高电流密度下，氧气扩散和液体的传质能力。

主权项

1.一种用于燃料电池的具有梯度孔隙率的阴极催化层制造工艺，包括下述工艺步骤：将负载型催化剂、质量百分比浓度为5～20％的全氟磺酸树脂溶液、低沸点溶剂、去离子水混合均匀，得到催化剂浆料，其中，所述负载型催化剂是活性组份担载量≥20％的负载型催化剂Pt/C、PtRu/C、PtPd/C中的一种或二种以上；所述全氟磺酸树脂固体的质量与负载型催化剂中总的碳组分的质量之比为0.5～1.5；低沸点溶剂与去离子水的质量比为0.1～10；催化剂浆料中的固体含量为4％～20％；将催化剂浆料采用多次喷涂覆盖的方法喷涂于质子交换膜上制备阴极催化层，其喷涂次数控制为2～4次，其中，①喷涂次数为2次的催化层制造工艺：两次喷涂的催化剂浆料的质量至少相差20％；第1次喷涂：将催化剂浆料喷涂于质子交换膜上，喷涂前控制催化层表面温度在40～50℃之间；第2次喷涂：控制喷涂前催化层表面温度控制在70～80℃之间；②喷涂次数为3次的催化层制造工艺：相邻两次喷涂的催化剂浆料的质量至少相差6.5％；第1次喷涂：将催化剂浆料喷涂于质子交换膜上，喷涂前控制催化层表面温度40～45℃之间；第2次喷涂：控制喷涂前催化层表面温度在60～70℃之间；第3次喷涂：控制喷涂前催化层表面温度在80～90℃之间；③喷涂次数为4次的催化层制造工艺：相邻两次喷涂的催化剂浆料的质量至少相差5％；第1次喷涂：将催化剂浆料喷涂于质子交换膜上，喷涂前控制催化层表面温度40～45℃之间；第2次喷涂：控制喷涂前催化层表面温度在55～65℃之间；第3次喷涂：控制喷涂前催化层表面温度在75～85℃之间；第4次喷涂：控制喷涂前催化层表面温度在90～95℃之间，其中，所述的全氟磺酸树脂溶液，其离子交换当量控制在700～1200g/mol之间；所述低沸点溶剂为沸点低于100℃的溶剂。