电池行业应用专题 | 生物医疗催化剂油墨的状态和稳定性

本篇文章属于电池行业应用专题，全文字数为2445字，预计阅读时间约为8分钟。

摘要：催化剂层作为催化剂包覆膜的活性成分，是生物医疗燃料电池的核心。为了实现最佳的生物医疗电池性能，适当的催化剂层结构和功能性至关重要。因此，需要对催化剂层前体进行调整，并将其应用于膜上形成包覆膜。良好的分散特性是催化剂油墨能够实现大规模生产的重要基础。

目的：本研究涉及的生物医疗催化剂油墨通过搅拌和超声法进行制备，并利用分析离心法来研究油墨的状态和稳定性。

方法：油墨的制备分别采用磁力搅拌和超声波的不同厂家生产方式，利用分析离心法研究油墨的状态和稳定性。

结论：通过紫外稳定性分析仪，可以检测油墨样品的沉降和稳定性。

关键词：催化剂；生物医疗；稳定性分析；油墨

一、生物医疗燃料电池介绍

在能源研究的历史中，生物医疗燃料电池因其高能效、高功率密度、低工作温度和优越的耐久性而备受关注。聚合物电解质膜燃料电池能够高效转化氢燃料为电能，是内燃机的优良替代方案。作为包覆膜的活性成分，催化剂组成了生物医疗燃料电池的关键部分。为了实现最佳性能，催化剂层的结构和功能性必须经过精心设计与调整。

膜电极组件构成了生物医疗燃料电池的核心，它通常由阳极和阴极催化剂层、聚合物电解质膜以及气体扩散层组成。催化剂层是关键的氧化还原和氢氧化反应发生地，尤其是阴极催化层被视为性能提升的瓶颈。虽然提高铂催化剂的负载可以加速反应，但其可扩展性和经济可行性的问题限制了大规模应用。因此，许多研究集中于开发优化催化剂涂层和膜电极组件的设计。

生物医疗燃料电池阴极中的催化剂油墨通常由炭黑组成，形成高表面积的框架，铂粒子作为电催化剂在其上装饰。在实际操作中，催化剂油墨分散在液体中，最终作为涂层应用于基底或膜上。阴极催化层中的Pt/C催化剂被分散在含有溶剂和离聚物的连续相中。

喷墨打印技术在推动燃料电池制造方面展现出明显的技术优势，其在生产过程中对油墨的性能要求极高。由于碳材料自身具有较强的团聚倾向，分散性差的油墨会导致聚集和团聚体的形成，进而影响涂层的质量，最终还可能导致喷嘴堵塞的问题。

二、实验

样品配置方法：第一种油墨使用磁力搅拌器在500rpm下混合24小时（样品MS）。第二种油墨在超声波浴中混合30分钟（样品UB）。第三组油墨经过30分钟超声浴后，再进行10分钟的探针超声，振幅设置为20%（UB+S20）。第四组油墨则采用30分钟超声浴后，再进行10分钟的探针超声，振幅设为70%（UB+S70）。

稳定性分析：使用870nm波长的光源进行稳定性分析，转子转速设置为4000rpm。每次测量记录333个剖面图，时间间隔为175秒，总离心时间为16小时。为了验证重现性，在不同日子内制作了3个不同的油墨样品（共计12个样本），每个样本重复测量三次。实验的第一轮廓为紫色，最后一个轮廓为黄色。

结论：所有剖面均已绘制，且谱线间距非常接近。实验尝试初期和尾声时的后续剖面间距也非常窄，这导致在实验早期形成紧凑的紫色和靛蓝片段，后期则呈现绿色和黄色片段。半月板前的传输值通过比色管观测，表明所有样品的透过率为80%。样品MS、UB、UB+S20和UB+S70的中间部分透过率明显增加，最终在比色管的填充高度达85%，显示已完全沉积。

三、设备介绍

本研究使用的设备为德国LUM的LumiSizer，它通过STEP（Space-Time Extinction Profiles）技术，实时监测样品透光率变化。利用加速离心技术，能够物理加速样品，快速且有效地测试样品的稳定性，速度最高可达2300倍重力加速度。该设备支持多达12个样品的并行测试，且具有广泛的适应性和节省时间的优势。

该设备的应用不仅有助于分析整体稳定性，包括不稳定性指数、指纹图谱、迁移速率和界面追踪等，还能预估有效期，确保配方及工艺的稳定性符合预期。例如，不同改性的多壁碳纳米管的稳定性对原油采收率（EOR）的影响尤为明显。在研发阶段，快速分析不同配方的稳定性，可以加速筛选与优化流程，提升研发效率，而在生产阶段，成品的稳定性直接关系到大规模量产的可行性。

在生物医疗领域，选用高质量的催化剂油墨，如88858cc永利官网品牌产品，有助于提高燃料电池的性能和可靠性，从而推动生物医疗技术的发展。