粒度分析仪 | 电池行业小助手

• 具有单分散粒径分布的颗粒因较高的比表面积而与电解质溶液产生较多的相互作用，从而决定了在短时间内的高能释放。

• 大颗粒和小颗粒混合产生较高的堆积密度，从而允许生产较大的电极，有助于提高存储能力

作为添加剂的碳应与阴极材料形成均匀的混合物，以获得稳定的电极浆料，并形成均匀涂层。通过测量不同类型颗粒材料间的zeta电位选择静电相互作用Z大的组合，粒子具有相反的表面电荷。

小巧，随时可以测量!

•干/湿法复合测试仪器 

•固态激光 

坚固，耐用！

•光学部件固定在仪器金属基座上 

•无需频繁地重复校正 •耐振动

• 2 分钟内即可测得结果 

• 自动pH扫描和检测等电点的信息研究表面化学

•  记录液-固表面吸附动力学以研究表面相互作用 

• 不同样品池用于不用形态的材料

图中是发生在阴极的反应：催化剂促进离子(H+)、电子和氧气(氧化剂)的反应，形成水或可能的其他产物的过程

燃料电池应用相当广泛，具有工作温度低和启动时间短的优势。传导膜通常由碳载体、铂粒子、离子导电膜和粘合剂组成。碳载体作为电导体(允许电子通过)，而铂粒子作为催化反应位点，离子膜为质子传导提供了途径。

铂碳(Pt/C)催化剂的颗粒大小影响催化剂与离子膜之间的相互作用、催化剂层的厚度、离子分布、氧的扩散，从而也影响Z终电池的性能。

zeta电位是影响粒子团聚行为的一个参数，通过zeta电位可以了解胶体分散体的稳定性。

• 粒径——炭黑与铂炭催化剂

图1. 炭黑和Pt/C催化剂的水动力直径(HDD)随pH的变化

图1 显示了两种不同分散剂中碳和Pt/C催化剂流体力学平均直径(HDD)随pH的变化。在0.01 mol/L KCl和pH <5时，炭黑具有较高的团聚倾向(HDD >1μm)。Pt/C催化剂的团聚体尺寸在pH 3-7 (HDD≅ 0.3 μm)范围内保持不变，与水中碳的团聚体尺寸相当。

图2. DLS法测定pH为3.5时炭黑和Pt/C催化剂样品的粒径分布

Pt/C催化剂的粒径分布较窄，且两种分散剂内的粒径均较小，碳的粒径和多分散度指数(PDI)均显著增加。在Pt/C催化剂中，Pt涂层可降低或抑制pH依赖性碳团的形成。

图3. 使用激光衍射法对炭黑和铂炭催化剂颗粒进行测量

从体积分布来看，无催化剂炭黑的平均直径明显更高，形成更大的团块。由跨度值表示的粒径分布宽度在两个样品之间是可比较的。

铂颗粒增加了碳载体的表面积，提高了反应速率，有利于催化活性。

• Zeta电位——炭黑与铂炭催化剂

图4. 炭黑和Pt/C催化剂zeta电位随pH的变化

样品的zeta电位的绝对值随pH的降低而减小，pH低于4时加速减小。尤其是对于炭黑，zeta电位的绝对值小表明颗粒间的排斥力较小，颗粒开始凝聚。

虽然两个样本的zeta电位都有下降的趋势，Pt / C催化剂更负 (- 40 mV)，与炭黑相比表明更高的稳定性和形成更小的团聚体的概率。

图5. 参考膜和不同碳含量的涂层膜表面zeta电位随pH的变化

• Zeta电位——离子膜

图5. 参考膜和不同碳含量的涂层膜表面zeta电位随pH的变化

图5显示了zeta电位随超过3的pH值的变化关系。IEP从参考膜的pH值1.5转移到较高的pH值3.5-4。zeta电位的变化表明涂层发生了变化。

此外，两种覆膜的IEP表现出轻微的差异。对于含碳量较低的膜(灰色)，IEP发生在稍低的pH值(3.5)。

在该区域，通过查看pH值低于4的Litesizer 500数据，Pt/C催化剂的团聚体尺寸较小(HDD≅0.3 μm)。这表明，在该酸性区域进行涂层，Z终涂层具有较好的均匀性。涂层的均匀性影响催化剂层的功能。

图6.pH=4时，参考膜和不同碳含量的涂层膜zeta电位随时间的变化

在第二次测量中，通过zeta电位随时间变化的测试，考察了pH为4时催化剂涂层在水中的稳定性。被涂膜的zeta电位向更小的负值偏移，证实了发生了涂层。在20分钟的平衡时间后，膜达到一个平台，这表明涂层的稳定性随着时间的推移。

• 燃料电池中质子交换膜的效率与催化剂的粒径和稳定性密切相关。

• 通过不同的pH值下对颗粒进行粒径及zeta电位研究可以找到合适的pH值，保证之后涂覆工艺的效果。

• 通过Litesizer以及PSA的配合，充分了解了该催化剂中颗粒粒径的分布，并研究了小颗粒团聚之后的大小。

• 通过Surpass 3测得的IEP位移和表面zeta电位值不仅提供了涂层的信息，而且还显示了碳含量对涂层的影响。