膜电极涂布浆料制备方法、膜电极及燃料电池与流程

本申请涉及质子交换膜燃料电池，具体涉及一种膜电极涂布浆料制备方法、膜电极及燃料电池。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池(pemfc，proton exchange membrane fuel cell)是一种新型的能够将化学能直接转换成电能的装置。由于质子交换膜燃料电池无转动部件的内能消耗，不经过燃烧，能量转化效率不受卡诺循环限制，因此具有较高的能量转换效率。而且质子交换膜燃料电池采用氢气、甲醇等清洁能源，无硫氧化物和氮化物排放，对环境危害小，具有较高的环保性。另外，质子交换膜燃料电池还具有工作条件温和、体积小、重量轻、安全耐用等特点，被广泛用作移动电源，其还是理想的动力电源。

2、膜电极是质子交换膜燃料电池的核心零部件，膜电极的制备包括浆料制备和膜电极涂布两部分，其中浆料制备的方法对于膜电极性能起到至关重要的作用。然而，基于目前的浆料制备方法所制备出的膜电极电化学性能不佳、稳定性较差，难以满足使用需要。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种膜电极涂布浆料制备方法，旨在解决基于目前的浆料制备方法所制备出的膜电极电化学性能不佳、稳定性较差，难以满足使用需要的技术问题。

2、本申请为达到其目的，所采用的技术方案如下：

3、一种膜电极涂布浆料制备方法，所述膜电极涂布浆料制备方法包括以下步骤：

4、将催化剂、树脂溶液、去离子水和有机溶剂混合后进行搅拌，以得到第一混合液；

5、对所述第一混合液进行球磨操作，以得到第二混合液；

6、对所述第二混合液进行均质操作，以得到膜电极涂布浆料成品。

7、进一步地，所述将催化剂、树脂溶液、去离子水和有机溶剂混合后进行搅拌操作，以得到第一混合液的步骤，包括：

8、将所述催化剂与所述去离子水混合后进行搅拌，以得到第一溶液；

9、往所述第一溶液中依次加入所述树脂溶液和所述有机溶剂后进行搅拌，以得到所述第一混合液。

10、进一步地，所述将所述催化剂与所述去离子水混合后进行搅拌的步骤，包括：

11、以190～210rad/min的转速对所述催化剂和所述去离子水进行9.5～10.5min的机械搅拌；

12、所述往所述第一溶液中依次加入所述树脂溶液和所述有机溶剂后进行搅拌的步骤，包括：

13、以190～210rad/min的转速对所述第一溶液进行28.5～31.5min的机械搅拌。

14、进一步地，所述催化剂、所述树脂溶液、所述去离子水和所述有机溶剂的质量比例为1：2.5：6：2。

15、进一步地，所述球磨操作的总时间为9.5～10.5h，所述球磨操作包括旋转阶段和停止阶段，所述旋转阶段和所述停止阶段交替进行，每一所述旋转阶段的时间为6.5～7.5min，每一所述停止阶段的时间为2.8～3.2min，所述旋转阶段的转速为285～315rad/min。

16、进一步地，所述均质操作的均质压力为19000～21000psi，所述均质操作的循环次数为10次。

17、对应地，本申请还提出一种膜电极涂布浆料层，所述膜电极涂布浆料层通过如前述的膜电极涂布浆料制备方法制备而成。

18、对应地，本申请还提出一种膜电极，所述膜电极包括：

19、质子交换膜；

20、如前述的膜电极涂布浆料层，所述膜电极涂布浆料层涂布于所述质子交换膜上。

21、进一步地，所述质子交换膜的阳极涂布所述膜电极涂布浆料层的载量为0.095～0.105mg/cm2，所述质子交换膜的阴极涂布所述膜电极涂布浆料层的载量为0.38～0.42mg/cm2。

22、对应地，本申请还提出一种燃料电池，所述燃料电池包括如前述的膜电极。

23、与现有技术相比，本申请的有益效果是：

24、本申请提出的膜电极涂布浆料制备方法将催化剂、树脂溶液、去离子水和有机溶剂混合后，依次通过搅拌操作、球磨操作、均质操作对混合后的浆料进行多级分散，克服了现有的单一浆料分散方式所存在的分散不充分的弊端，使得制备出的膜电极涂布浆料成品粒径更小、粒径分布更为均匀，从而提升了通过该浆料制备方法所制备出的膜电极的电化学性能以及最终制成的质子交换膜燃料电池的稳定性，可更好地满足使用需求。

技术特征：

1.一种膜电极涂布浆料制备方法，其特征在于，所述膜电极涂布浆料制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的膜电极涂布浆料制备方法，其特征在于，所述将催化剂、树脂溶液、去离子水和有机溶剂混合后进行搅拌操作，以得到第一混合液的步骤，包括：

3.根据权利要求2所述的膜电极涂布浆料制备方法，其特征在于，所述将所述催化剂与所述去离子水混合后进行搅拌的步骤，包括：

4.根据权利要求1所述的膜电极涂布浆料制备方法，其特征在于，所述催化剂、所述树脂溶液、所述去离子水和所述有机溶剂的质量比例为1：2.5：6：2。

5.根据权利要求1所述的膜电极涂布浆料制备方法，其特征在于，所述球磨操作的总时间为9.5～10.5h，所述球磨操作包括旋转阶段和停止阶段，所述旋转阶段和所述停止阶段交替进行，每一所述旋转阶段的时间为6.5～7.5min，每一所述停止阶段的时间为2.8～3.2min，所述旋转阶段的转速为285～315rad/min。

6.根据权利要求1所述的膜电极涂布浆料制备方法，其特征在于，所述均质操作的均质压力为19000～21000psi，所述均质操作的循环次数为10次。

7.一种膜电极涂布浆料层，其特征在于，所述膜电极涂布浆料层通过如权利要求1～6中任一项所述的膜电极涂布浆料制备方法制备而成。

8.一种膜电极，其特征在于，所述膜电极包括：

9.根据权利要求8所述的膜电极，其特征在于，所述质子交换膜的阳极涂布所述膜电极涂布浆料层的载量为0.095～0.105mg/cm2，所述质子交换膜的阴极涂布所述膜电极涂布浆料层的载量为0.38～0.42mg/cm2。

10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括如权利要求8～9中任一项所述的膜电极。

技术总结
本申请公开了一种膜电极涂布浆料制备方法、膜电极及燃料电池，涉及质子交换膜燃料电池技术领域，该膜电极涂布浆料制备方法包括以下步骤：将催化剂、树脂溶液、去离子水和有机溶剂混合后进行搅拌，以得到第一混合液；对第一混合液进行球磨操作，以得到第二混合液；对第二混合液进行均质操作，以得到膜电极涂布浆料成品。该方法依次通过搅拌操作、球磨操作、均质操作对混合后的浆料进行多级分散，克服了现有的单一浆料分散方式所存在的分散不充分的弊端，使得制备出的膜电极涂布浆料成品粒径更小、粒径分布更为均匀，从而提升了通过该浆料制备方法所制备出的膜电极的电化学性能以及最终制成的质子交换膜燃料电池的稳定性，可更好地满足使用需求。

技术研发人员：曹桂军,崔鹏,刘欣超,陈琛,刘天洋
受保护的技术使用者：广东深科鹏沃新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5