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、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，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下混合24h (樣品MS)。

·       第二種油墨：使用超聲波浴混合30min(樣品UB)。

·       第三種油墨：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)指紋圖為紫色，最后一個(gè)指紋圖為黃色。 

分析與結(jié)論

由上圖得知，對(duì)于樣品MS，當(dāng)樣品管填充高度上的透光率為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，即在沉降實(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，在指紋圖中也觀察到典型的階梯圖案，這可能是因?yàn)?/span>碳有形成大團(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（如：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。