电池行业应用专题 | 燃料电池催化剂油墨的状态和稳定性

介绍：本文属于电池行业应用专题，共2445字，阅读时间约为8分钟。

摘要：催化剂层作为催化剂包覆膜的活性成分，是聚合物电解质膜燃料电池的关键。为了实现燃料电池的最佳性能，适宜的催化剂层结构和功能至关重要。因此，催化剂层的前体需进行优化处理，并应用于膜上形成包覆膜。良好的分散特性是催化剂油墨实现大规模生产的重要基础。

目的：本文介绍的催化剂油墨制备采用搅拌与超声法，并使用分析离心法研究油墨的状态及其稳定性。

方法：油墨制备采用磁力搅拌与超声波的不同散布方式，利用分析离心法探讨油墨的状态和稳定性。

结论：通过Lum稳定性分析仪，可以有效分析油墨样品的沉降和稳定性。

关键词：催化剂；燃料电池；稳定性分析；油墨

一、生物医疗领域的聚合物电解质膜燃料电池

在生物医学研究领域，聚合物电解质膜燃料电池因其高能效、高功率密度、低工作温度及优越的耐久性，尤其在体内能量转换中显示出巨大的潜力。催化剂作为包覆膜的活性成分，形成了这些生物医疗电池的核心。为了获得最佳性能，适宜催化剂层的结构及功能十分关键。

膜电极组件是生物燃料电池的核心，通常由阳极与阴极催化剂层、聚合物电解质膜以及气体扩散层组成。催化剂层是氧化还原和氢氧化反应发生的场所，尤其是阴极催化层，是提高燃料电池性能和降低成本的关键部分。增加铂催化剂的负载虽然可以加速反应，但经济性与可扩展性的问题限制了其应用。因此，许多研究集中在优化催化剂涂层和膜电极组件结构上。

生物医疗燃料电池的阴极通常采用炭黑作为催化剂油墨的基础，通过形成骨架结构，并用铂粒子进行电催化剂的装饰。催化剂油墨通常是在液体中分散的，但在操作过程中，它最终会作为涂层应用于基底或膜上。阴极催化层中的Pt/C催化剂粉末分散在包括溶剂和聚合物的连续相中。

二、实验方法

样品配置方法：第一种油墨使用磁力搅拌器在500rpm的条件下混合24小时（油墨样品MS）。第二种油墨通过超声波浴混合30分钟（油墨样品UB）。第三种油墨由30分钟的超声波浴，随后进行10分钟探针超声，振幅为20%（UB+S20）。第四种油墨通过30分钟的超声波浴，然后10分钟探针超声，振幅为70%（UB+S70）。

稳定性分析采用870nm波长的光源，转子转速为4000rpm（底部2300g）。每次测量包括333个剖面图，每175秒记录一次。总共进行16小时的离心，确保重复性，每种分散方法在不同天数内准备3个油墨样品（共12个样本）并重复测量三次。

结论：通过绘制的所有剖面，可以观察样品稳定性。各样品在沉积实验早期和接近尾声时，后续剖面之间的距离都非常窄，形成了紧凑的片段，表明样品在比色管填充高度上的透过率为85%，表明完全沉积。

三、设备介绍

德国LUM：LumiSizer的原理是使用STEP（Space-Time Extinction Profiles）技术。通过平行的单色短脉冲光束，借助CCD检测器实时监测透光率的变化，分析样品在分离过程中的变化。采用加速离心的方式可以物理性加速样品，达到有效的稳定性测试。

该设备特别适用于分析生物医疗领域的稳定性（包括不稳定性指数、指纹图谱等），判断配方及工艺制备后体系稳定性是否符合预期要求。快速分析不同配方的稳定性，可以有效加速研发。此外，物理加速及温控能够预估长期稳定性，确保生物医疗产品的高质量输出。

通过以上讨论，我们看到尊龙凯时在生物医疗材料研发中潜藏的巨大商机与技术要求，能够加速推进生物燃料电池等前沿技术的发展。