质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体及其制备方法与流程

文档序号:12402605阅读:465来源:国知局
本发明涉及质子交换膜燃料电池
技术领域
,尤其涉及一种质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体及其制备方法。
背景技术
:质子交换膜燃料燃料电池(PEMFC)由于其工作温度较低,启动快,无电解液流失,具有比其它燃料电池更高的比功率,既可作固定电站又可作移动运输工具的电源,有望成为取代目前汽车动力的最有竞争力的动力源之一;目前,全球已有英国伦敦、加拿大温哥华、德国斯图加特等不少国家和城市推出了燃料电池驱动的公共汽车线路,许多国家展示了试运行的燃料电池车;中国在北京奥运会和上海世博会期间也成功推出了燃料电池驱动的大巴车和小汽车,现已有超过1000辆车在全国10多个城市试运行;随着燃料电池配套设施加氢站的快速建设,将会有更多的燃料电池车投入运行;据统计,2012年燃料电池装机容量较2011年取得了成倍的增长;然而其离商业化应用还有一定的距离。导电浆料是质子交换膜燃料燃料电池的重要组成部分,现有导电浆料主要由导电金属粉末、无机玻璃粘结剂及有机载体组成,或者添加一些功能添加剂,例如增稠剂、增塑剂、表面活性剂或者流平剂等,有机载体主要起润湿、分散粉体颗粒的作用,提供浆料优越的印刷性能,申请号为201310384245.4的专利文件公开了电极浆料用有机载体及其制备方法,其有机载体包括以下质量分数的组分:有机树脂5%~20%,有机溶剂60%~85%,触变剂1%~10%,和润湿分散剂1%~10%,用于提供一种可使制备的浆料触变性好、分散性和存储稳定性好、剪切变稀效果明显、粘度恢复快、可印刷大高宽比细电极栅线且印刷分辨率高的有机载体;申请号为201110143660.1的专利文件公开了一种导电浆料用有机载体、有机载体的制备方法及导电浆料,其有机载体有机溶剂、有机树脂和添加剂,所述添加剂包括螯合剂,用于提供一种能提供合适触变性能的导电浆料的有机载体,提高丝网印刷的性能及电极质量,但是,其不能够增强有机载体的各种性能,且不能够加快有机载体的制备速率,不能够增强有机载体的流动性,降低表面张力,更不能够有助于保持有机载体的分散稳定性,降低成本。技术实现要素:针对上述情况,为克服现有技术之缺陷,本发明之目的就是提供质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体及其制备方法,目的在于解决不能够加快有机载体的制备速率,不能够增强有机载体的流动性,降低表面张力,更不能够有助于保持有机载体的分散稳定性,降低成本的问题。本发明提出的质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体,包括以下重量份的原料:有机树脂30-35份,有机溶剂25-30份,增稠剂10-15份,触变剂18-24份,流变剂15-20份,表面活性剂5-10份,分散剂8-12份,增塑剂3-8份,催化剂2-6份,填充剂4-9份。优选地,所述有机树脂包括聚四氟乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂和酚醛树脂中的一种或多种的组合,且有机溶剂包括丁基卡必醇、三氯乙烯、松油醇、乙烯乙二醇醚、邻苯二甲酸二辛酯和三乙醇胺中的一种或多种的组合。优选地,所述增稠剂包括羟乙基纤维素、聚丙烯酸盐和甲基丙烯酸中的一种或多种的组合,且触变剂包括气相二氧化硅、聚乙烯醇和有机膨润土中的一种或多种的组合。优选地,所述流变剂为聚苯烯酸脂或聚氨酯,且表面活性剂包括油酸、磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯中的一种或多种的组合。优选地,所述分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种的组合,且增塑剂包括柠檬酸三丁酯和邻苯二甲酸二正辛酯中的一种或两种的组合。优选地,所述催化剂包括二氧化硅和碳酸钠中的一种或两种的组合,且填充剂包括有机滑石粉、云母粉、珍珠岩和纳米云母中的一种或多种的组合。优选地,包括以下重量份的原料:有机树脂31-34份,有机溶剂26-29份,增稠剂11-14份,触变剂19-23份,流变剂16-19份,表面活性剂6-9份,分散剂9-11份,增塑剂4-7份,催化剂3-5份,填充剂5-8份。本发明还提出了质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体的制备方法,包括以下步骤:S1:将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在55-60℃下以40-45rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解;S2:将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在80-85℃下以50-55rpm的搅拌速度搅拌1.2-1.8h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。优选地,所述S1中,将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在56-59℃下以41-44rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解。优选地,所述S2中,将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在81-84℃下以51-54rpm的搅拌速度搅拌1.3-1.7h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。本发明中,所述质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体及其制备方法通过加入催化剂能够增强有机载体的各种性能,且能够加快有机载体的制备速率,通过加入填充剂能够增强有机载体的流动性,且能够降低成本,通过加入表面活性剂能够有助于保持有机载体的分散稳定性,通过加入增稠剂能够增强有机载体的表观粘度,并赋予有机载体以触变性,本发明的触变性好,分散性和稳定性高,制备效率高,流动性强,制备方法简单,使用方便,成本低。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。实施例一本实施例提出了质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体,包括以下重量份的原料:有机树脂30份,有机溶剂25份,增稠剂10份,触变剂18份,流变剂15份,表面活性剂5份,分散剂8份,增塑剂3份,催化剂2份,填充剂4份;其制备方法包括以下步骤:S1:将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在55℃下以40rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解;S2:将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在80℃下以50rpm的搅拌速度搅拌1.2h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。实施例二本实施例提出了质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体,包括以下重量份的原料:有机树脂32份,有机溶剂27份,增稠剂12份,触变剂20份,流变剂17份,表面活性剂7份,分散剂10份,增塑剂5份,催化剂4份,填充剂6份;其制备方法包括以下步骤:S1:将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在57℃下以42rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解;S2:将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在82℃下以52rpm的搅拌速度搅拌1.4h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。实施例三本实施例提出了质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体,包括以下重量份的原料:有机树脂33份,有机溶剂28份,增稠剂13份,触变剂21份,流变剂18份,表面活性剂8份,分散剂11份,增塑剂6份,催化剂5份,填充剂7份;其制备方法包括以下步骤:S1:将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在58℃下以43rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解;S2:将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在83℃下以53rpm的搅拌速度搅拌1.5h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。实施例四本实施例提出了质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体,包括以下重量份的原料:有机树脂34份,有机溶剂29份,增稠剂14份,触变剂22份,流变剂19份,表面活性剂9份,分散剂12份,增塑剂7份,催化剂6份,填充剂8份;其制备方法包括以下步骤:S1:将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在59℃下以44rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解;S2:将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在84℃下以54rpm的搅拌速度搅拌1.6h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。实施例五本实施例提出了质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体,包括以下重量份的原料:有机树脂35份,有机溶剂30份,增稠剂15份,触变剂24份,流变剂20份,表面活性剂10份,分散剂12份,增塑剂8份,催化剂6份,填充剂9份;其制备方法包括以下步骤:S1:将有机树脂和有机溶剂加入混合搅拌器中,在60℃下以45rpm的搅拌速度搅拌至有机树脂完全溶解;S2:将增稠剂、触变剂、流变剂、表面活性剂、分散剂、增塑剂、催化剂和填充剂加入混合搅拌器中,在85℃下以55rpm的搅拌速度搅拌1.8h后,冷却至室温,制得质子交换膜燃料电池的电极浆料用有机载体。对比常规的有机载体的制备速率与实施例一至五的有机载体的制备速率,实施例一至五的有机载体的制备速率比较常规的有机载体的制备速率提高百分比如下表:实施例一二三四五制备速率提高百分比10%12%15%13%11%采用霍尔流速计、分散稳定性分析仪和BrookfieldHBDV-Ⅱ型粘度计对常规的有机载体和实施例一至五制备的有机载体的流动性、分散稳定性和表观粘度进行测试,实施例一至五制备的有机载体的流动性、分散稳定性和表观粘度比较常规的有机载体的流动性、分散稳定性和表观粘度提高百分比如下表:实施例一二三四五流动性提高百分比3%3.4%3.8%3.5%3.3%分散稳定性提高百分比8%8.9%9.2%8.8%8.3%表观粘度提高百分比7%6.4%7.5%6.7%7.2%由上述表格可知,本发明提出的有机载体比较常规的有机载体,在制备效率、流动性、分散稳定性和表观粘度上均具有明显提高。以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本
技术领域
的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3 
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