具有單分散粒徑分布的顆粒因較高的比表面積而與電解質(zhì)溶液產(chǎn)生較多的相互作用，從而決定了在短時(shí)間內(nèi)的高能釋放。
大顆粒和小顆?；旌袭a(chǎn)生較高的堆積密度，從而允許生產(chǎn)較大的電極，有助于提高存儲能力
電導(dǎo)率和離子導(dǎo)電性差是鋰氧化物陰極的主要缺點(diǎn)，炭黑和石墨等碳基產(chǎn)品有助于提高電導(dǎo)率，且涉及鋰離子電池的電化學(xué)氧化還原過程。碳基產(chǎn)品通過填充活性材料顆粒之間的自由空間，從而提高電極導(dǎo)電性。
作為添加劑的碳應(yīng)與陰極材料形成均勻的混合物，以獲得穩(wěn)定的電極漿料，并形成均勻涂層。通過測量不同類型顆粒材料間的zeta電位選擇靜電相互作用最大的組合，最好粒子具有相反的表面電荷。
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自動pH掃描和檢測等電點(diǎn)的信息研究表面化學(xué)
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不同樣品池用于不用形態(tài)的材料
燃料電池應(yīng)用相當(dāng)廣泛，具有工作溫度低和啟動時(shí)間短的優(yōu)勢。傳導(dǎo)膜通常由碳載體、鉑粒子、離子導(dǎo)電膜和粘合劑組成。碳載體作為電導(dǎo)體(允許電子通過)，而鉑粒子作為催化反應(yīng)位點(diǎn)，離子膜為質(zhì)子傳導(dǎo)提供了途徑。
鉑碳(Pt/C)催化劑的顆粒大小影響催化劑與離子膜之間的相互作用、催化劑層的厚度、離子分布、氧的擴(kuò)散，從而也影響最終電池的性能。
zeta電位是影響粒子團(tuán)聚行為的一個(gè)參數(shù)，通過zeta電位可以了解膠體分散體的穩(wěn)定性。
粒徑——炭黑與鉑炭催化劑
圖1. 炭黑和Pt/C催化劑的水動力直徑(HDD)隨pH的變化
圖1 顯示了兩種不同分散劑中碳和Pt/C催化劑流體力學(xué)平均直徑(HDD)隨pH的變化。在0.01 mol/L KCl和pH<5時(shí)，炭黑具有較高的團(tuán)聚傾向(hdd>1μm)。Pt/C催化劑的團(tuán)聚體尺寸在pH 3-7 (HDD? 0.3 μm)范圍內(nèi)保持不變，與水中碳的團(tuán)聚體尺寸相當(dāng)。
圖2. DLS法測定pH為3.5時(shí)炭黑和Pt/C催化劑樣品的粒徑分布
Pt/C催化劑的粒徑分布較窄，且兩種分散劑內(nèi)的粒徑均較小，碳的粒徑和多分散度指數(shù)(PDI)均顯著增加。在Pt/C催化劑中，Pt涂層可降低或抑制pH依賴性碳團(tuán)的形成。
圖3. 使用激光衍射法對炭黑和鉑炭催化劑顆粒進(jìn)行測量
從體積分布來看，無催化劑炭黑的平均直徑明顯更高，形成更大的團(tuán)塊。由跨度值表示的粒徑分布寬度在兩個(gè)樣品之間是可比較的。
鉑顆粒增加了碳載體的表面積，提高了反應(yīng)速率，有利于催化活性。
Zeta電位——炭黑與鉑炭催化劑
圖4. 炭黑和Pt/C催化劑zeta電位隨pH的變化
樣品的zeta電位的絕對值隨pH的降低而減小，pH低于4時(shí)加速減小。尤其是對于炭黑，zeta電位的絕對值小表明顆粒間的排斥力較小，顆粒開始凝聚。
雖然兩個(gè)樣本的zeta電位都有下降的趨勢，Pt / C催化劑更負(fù) (- 40 mV)，與炭黑相比表明更高的穩(wěn)定性和形成更小的團(tuán)聚體的概率。
圖5. 參考膜和不同碳含量的涂層膜表面zeta電位隨pH的變化
Zeta電位——離子膜
圖5. 參考膜和不同碳含量的涂層膜表面zeta電位隨pH的變化
圖5顯示了zeta電位隨超過3的pH值的變化關(guān)系。IEP從參考膜的pH值1.5轉(zhuǎn)移到較高的pH值3.5-4。zeta電位的變化表明涂層發(fā)生了變化。
此外，兩種覆膜的IEP表現(xiàn)出輕微的差異。對于含碳量較低的膜(灰色)，IEP發(fā)生在稍低的pH值(3.5)。
在該區(qū)域，通過查看pH值低于4的Litesizer 500數(shù)據(jù)，Pt/C催化劑的團(tuán)聚體尺寸較小(HDD?0.3 μm)。這表明，在該酸性區(qū)域進(jìn)行涂層，最終涂層具有較好的均勻性。涂層的均勻性影響催化劑層的功能。
圖6.pH=4時(shí)，參考膜和不同碳含量的涂層膜zeta電位隨時(shí)間的變化
在第二次測量中，通過zeta電位隨時(shí)間變化的測試，考察了pH為4時(shí)催化劑涂層在水中的穩(wěn)定性。被涂膜的zeta電位向更小的負(fù)值偏移，證實(shí)了發(fā)生了涂層。在20分鐘的平衡時(shí)間后，膜達(dá)到一個(gè)平臺，這表明涂層的穩(wěn)定性隨著時(shí)間的推移。
燃料電池中質(zhì)子交換膜的效率與催化劑的粒徑和穩(wěn)定性密切相關(guān)。
通過不同的pH值下對顆粒進(jìn)行粒徑及zeta電位研究可以找到合適的pH值，保證之后涂覆工藝的效果。
通過Litesizer以及PSA的配合，充分了解了該催化劑中顆粒粒徑的分布，并研究了小顆粒團(tuán)聚之后的大小。
通過Surpass 3測得的IEP位移和表面zeta電位值不僅提供了涂層的信息，而且還顯示了碳含量對涂層的影響。
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