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            快速評(píng)價(jià)燃料電池催化劑穩(wěn)定性的方法
            發(fā)布時(shí)間:2024/11/29   點(diǎn)擊:635

            關(guān)鍵詞:分散均質(zhì)穩(wěn)定性

            概述:噴墨打印相對(duì)于傳統(tǒng)的超聲波噴涂、刮涂、輥涂等方式具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),被成功地應(yīng)用于制造燃料電池。所以在這個(gè)過(guò)程中催化劑油墨的穩(wěn)定性變得至關(guān)重要……


             

            燃料電池具有高能效、高功率密度、低工作溫度和出色的耐久性。而可以直接將氫燃料轉(zhuǎn)化為電能的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池在內(nèi)燃機(jī)的替代品種具有很高的優(yōu)勢(shì)。膜電極組件構(gòu)成了燃料電池的核心,通常由陽(yáng)極和陰極催化劑層、聚合物電解質(zhì)膜和氣體擴(kuò)散層組成。催化劑作為包覆膜的活性成分,形成了聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的核心。為了獲得燃料電池的最佳性能,獲得合適催化劑層的結(jié)構(gòu)和功能性是至關(guān)重要的。

             

            燃料電池催化劑油墨通常是分散在液體中的最終催化劑油墨作為涂層敷在基底或者膜上。陰極催化層中的Pt/C催化劑粉末分散在含有溶劑(混合物)和離聚物的連續(xù)相中。噴墨打印相對(duì)于傳統(tǒng)的超聲波噴涂、刮涂、涂等方式具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),被成功地應(yīng)用于制造燃料電池。所以在這個(gè)過(guò)程中催化劑油墨的穩(wěn)定性變得至關(guān)重要,碳材料本身有很高的團(tuán)聚傾向分散不良的油墨會(huì)導(dǎo)致聚集和團(tuán)聚體的形成,在快速干燥過(guò)程中導(dǎo)致無(wú)序的、控制不良的層同時(shí)團(tuán)聚體往往會(huì)導(dǎo)致噴嘴的堵塞。

             

            樣品配置方法

            ·       第一種油墨使用磁力攪拌器在500rpm混合24h (樣品MS)。

            ·       第二種油墨使用超聲波浴混合30min(樣品UB)。

            ·       第三油墨通過(guò)30min超聲浴,然后10min探針超聲,振幅為20%(樣品UB+S20)。

            ·       第四種油墨通過(guò)30min超聲浴,然后10min探針超聲,振幅為70%(樣品UB+S70)。

             

            穩(wěn)定性測(cè)試

            采用波長(zhǎng)為870nm的光源轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為4000rpm(2300g)。每次測(cè)量包括333個(gè)透光率曲線(指紋圖),每175秒記錄一次。總測(cè)試時(shí)間為16h。第一個(gè)指紋圖紫色,最后一個(gè)指紋圖為黃色。 

             

            分析與結(jié)論

             

            img1 

             

            由上圖得知,對(duì)于樣品MS當(dāng)樣品管填充高度上的透85%時(shí),表明樣品MS已經(jīng)發(fā)生了全部沉降。其它譜線彼此非常接近,即沉降實(shí)驗(yàn)的早期開始和接近尾聲時(shí),后續(xù)曲線之間的距離都非常窄。這就導(dǎo)致了線條形成了緊湊的紫色和靛藍(lán)的片段(實(shí)驗(yàn)的開始階段)以及綠色和黃色的片段(實(shí)驗(yàn)的結(jié)束階段)。

             

            此外,在指紋圖中觀察到典型的階梯圖案,這可能是因?yàn)?/span>形成大團(tuán)塊和絮狀物的傾向,并以不同的速度沉降,導(dǎo)致明顯的階梯的形成。

             

            設(shè)備介紹

            德國(guó)LUM,LUMiSizer

             

            原理:使用STEP(Space-Time Extinction Profiles)技術(shù),將裝好樣品的樣品管置于平行的單色短脈沖光束中,通過(guò)CCD檢測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)穿過(guò)樣品后透光率變化。得到不同時(shí)間,不同位置下樣品透光率譜圖,從而分析樣品在分離過(guò)程中的變化。采用加速離心的方式能夠物理加速樣品,直接且有效測(cè)試樣品穩(wěn)定性。最快可實(shí)現(xiàn)2300倍重力加速度。無(wú)需稀釋或知道樣品成份,只需要放入樣品就可觀察整個(gè)樣品的指紋圖譜,可分析樣品不穩(wěn)定的原因分層、沉降或絮凝,并得知穩(wěn)定性排序。同一時(shí)間可最多測(cè)試12個(gè)樣品,此外,可實(shí)現(xiàn)4~60℃范圍內(nèi)溫控,適用范圍廣且省時(shí)省力。

             

            應(yīng)用:用于分析整體穩(wěn)定性(包括不穩(wěn)定性指數(shù)、指紋圖譜、遷移速率、界面追蹤,預(yù)估有效期等),判斷配方及工藝制備后體系穩(wěn)定性是否符合預(yù)期要求。在研發(fā)階段,快速分析不同配方穩(wěn)定性,可加速篩選及優(yōu)化配方體系,加快研發(fā)進(jìn)度。而在生產(chǎn)階段,成品穩(wěn)定性則與量產(chǎn)直接關(guān)聯(lián),如穩(wěn)定性差,對(duì)大規(guī)模量產(chǎn)而言是非常大的挑戰(zhàn)。此外,物理加速及溫控可有效預(yù)估長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

             

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