[發明專利]直接甲醇燃料電池陽極催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 200610161161.4
• 申請日: 2006-12-07
• 公開（公告）號: CN101197445A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 張日清
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;B01J23/00;B01J37/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;吳德明

技術領域

本發明涉及直接甲醇燃料電池用陽極催化劑及其制備方法。

背景技術

燃料電池是一種利用電化學反應將化學能直接轉變為電能的發電裝置。燃料電池按所使用電解質的不同可分為堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池和質子交換膜燃料電池。而質子交換膜燃料電池(又稱聚合物膜燃料電池)是繼堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池之后發展起來的第五代燃料電池。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有不受卡諾循環的限制、高功率密度、高能量轉換效率、無污染、高比能量、無腐蝕、可低溫啟動、結構緊湊以及維護方便等優點，最有希望成為電動車輛、移動工具的動力電源。當今，由于世界性的能源危機和環境污染日趨嚴重，作為新型、高效、潔凈能源的質子交換膜燃料電池近年來引起了人們的廣泛關注。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)按照燃料的不同可分為兩類：一類是以氫氣或重整氣為燃料的燃料電池；另一類是直接以甲醇為燃料的燃料電池，又稱直接甲醇燃料電池(DMFC)。本來，以氫氣/氧氣為燃料的燃料電池是最理想的化學電源，但氫氣/氧氣為燃料的燃料電池在燃料的制備、運輸、儲存和使用過程均存在不安全性，所以近年來人們提出了直接以甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)的概念。

直接甲醇燃料電池(DMFC)不需要把甲醇轉變為氫氣，直接利用甲醇為燃料用作正極，陰極采用純氧或空氣為電極活性物質，在電極上直接發生電化學反應而使化學能轉變為電能，供負載使用。與陽極采用氫氣為燃料，陰極采用純氧或空氣為電極活性物質的燃料電池相比較，直接甲醇燃料電池具有體積小、重量輕、結構簡單、可靠性高、燃料攜帶和補充方便等優點。另外，直接甲醇燃料電池還具有快速啟動功能和響應負載速度快的性能。因此，直接甲醇燃料電池是一種非常理想的電源，可用作家庭小型發電站、便攜式電子電器可移動電源以及電動車輛的動力電源等，具有廣闊的應用前景。

目前，直接甲醇燃料電池的陽極催化劑主要是貴金屬含量高的二元鉑合金，主要有以碳(C)為載體的鉑-鉬(Pt-Mo)、鉑-鎢(Pt-W)和鉑-釕(Pt-Ru)等。三元陽極催化劑有Pt-Ru-Ni/C、Pt-W-Sn/C等等。

其中，二元鉑基合金催化劑中，Pt-Ru/C是公認的當前性能最好的直接甲醇燃料電池的陽極催化劑，已經實現了商品化批量生產。但是，目前直接甲醇燃料電池所采用的這種Pt-Ru/C催化劑還存在很多缺點，如Pt、Ru的含量(即單位面積的擔載量)高；Pt的資源有限，Ru的資源稀少，從而使得這種催化劑的價格異常昂貴，成為直接甲醇燃料電池發展和普及的瓶頸問題；催化劑性價比低，缺乏市場競爭能力。

CN1630122A中公開了一種直接甲醇燃料電池用陽極催化劑及其制備方法，該方法公開了一種三元陽極催化劑及其制備方法，并具體公開了該方法包括如下步驟：(1)將去離子水與異丙醇按摩爾比1.0∶1.0-4.0的比例混合，加入碳黑作為催化劑的載體，在40-90℃下用超聲波振蕩分散20-60分鐘，直至混合體系呈現油墨狀；(2)將步驟(1)得到的混合體系在40-90℃的恒溫下用攪拌機攪拌0.5-2.5小時；然后按Pt∶Co∶W＝1.0∶0.2-0.6∶0.2-1.0的原子摩爾比加入氯鉑酸、氯化鈷和鎢酸鈉的水溶液；(3)在40-90℃下，調節步驟(2)所得溶液的pH值為7-13，逐滴滴加甲醛或甲酸鈉溶液，直金屬元素完全被還原，還原反應的時間為1-4小時；(4)用去離子水反復洗滌步驟(3)所得的反應產物，抽濾，直至體系中不含氯離子，產物放入真空干燥箱中在80-140℃下真空干燥1-24小時，將干燥后的產物冷卻后取出，過400目篩，從而制備得到直接甲醇燃料電池用陽極催化劑Pt-Co-W/C。采用該方法制備直接甲醇燃料電池陽極催化劑，原料的資源更豐富、造價相對更低廉。但是該方法制備的催化劑電催化活性較低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的方法制備的催化劑電催化活性較低的缺陷，提供一種電催化活性較高的直接甲醇燃料電池陽極催化劑，并提供該催化劑的制備方法。

本發明提供了直接甲醇燃料電池陽極催化劑，該催化劑含有碳載體上負載的催化活性物質，所述催化活性物質含有鉑和/或鉑的氧化物及和鈷和/或鈷的氧化物，其中，所述催化活性物質還含有鉬的氧化物和釩的氧化物，鉑、鉬、釩和鈷的原子摩爾比為1∶0.05-2∶0.05-2∶0.05-1。