[發明專利]一種質子交換膜燃料電池用抗CO電催化劑及其制備

無效

• 申請號: 200710011912.9
• 申請日: 2007-06-29
• 公開（公告）號: CN101335350A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 衣寶廉;侯中軍;俞紅梅;林治銀;張華民;侯明
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;B01J23/42;B01J23/46;B01J32/00;B01J37/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及一種燃料電池用電催化劑的制備方法，具體地說涉及一種用于低溫燃料電池的擔載型多組分電催化劑的制備方法。

背景技術

燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學能通過電極上的電催化反應直接轉化為電能的發電裝置。它不受卡諾循環的限制，可以高效地將化學能轉化為電能。至今人們已開發出堿性、磷酸型、熔融碳酸鹽型、高溫固體電解質型和質子交換膜型等五種類型的燃料電池。其中質子交換膜燃料電池(Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell，簡稱PEMFC)有著廣闊的應用前景，它能低溫啟動，無電解質腐蝕與泄漏，結構簡單、操作方便；已被公認為電動汽車、區域性電站、移動式電源等的首選能源。

目前采用純氫為燃料的質子交換膜燃料電池的能量密度已能滿足要求，但氫氣的存儲和攜帶給燃料電池的應用帶來許多不便。如能采用液體燃料如甲醇或汽油提供氫源，則在體積、重量等方面較使用純氫有較大的優勢。液體燃料可以通過重整產生富氫的重整氣。但由于重整氣中含有一氧化碳，它對質子交換膜燃料電池的電催化劑Pt具有極強的毒化作用，使燃料電池的電性能急劇衰減。同時在醇燃料電池(DFMC)中，因為甲醇氧化的過程會產生類似CO的中間體，也會造成催化劑的CO中毒。因而解決燃料電池陽極催化劑的CO中毒問題對燃料電池技術發展應用至關重要。

抗CO催化劑是解決質子交換膜燃料電池CO問題和提高直接甲醇燃料電池性能的關鍵技術。研究人員已提出多種抗CO催化劑，大多是雙組分催化劑，其中PtRu/C已得到廣泛的應用。但無論是PtRu，還是其它催化劑，其抗CO能力都是有限的，雖然相對于Pt催化劑它們具有更高的抗CO能力，但在CO濃度較高時(＞10ppm)，電池的性能損失依然嚴重。因此需要尋找具有更高抗CO能力的高活性電催化劑。

文獻1、Electrochem.Soc.147(2000)P.Gouérec?et?al.采用球磨法制備了非擔載的PtMo合金催化劑并進行了表征，將200目的Pt粉、250目的Mo粉按一定的配比與Al或MgH₂等分散劑混合，加入NaF作為過程控制劑進行球磨，所得到的催化劑前驅物用堿或酸洗掉分散劑，經過濾洗滌后即得到PtMo合金催化劑。所得催化劑具有較好的活性，其抗CO能力與PtRu催化劑相當。

文獻2、J.Electrochem.Soc.142(1995)P.K.Shen?et?al.中采用電鍍法將Pt、Ru和鎢的氧化物沉積到金基質上，得到PtRu-WO₃電極，電極吸附CO后的循環伏安圖表明WO₃的加入提高了電極氧化CO的電勢，活性高于PtRu電極。

文獻3、J.Power?sources?84(1999)K.Lasch?et?al.采用改進的Adams-Schriner法制備了PtRu-WOx、PtRu-MoOx、PtRu-Vox，將貴金屬的氯化物與過渡金屬W、Mo、V的氧化物混合后與過量的NaNO₃共同加熱至500℃，持續3小時，然后將混合物洗滌除去Cl^-和NO₃^-，最后在室溫下用氫氣還原。所得的幾種催化劑對甲醇的活性都高于PtRu催化劑。

文獻4、US?Patent?5922488?7/1999?Elise?Marucchi-Soos?et?al.介紹了Pt-HxWO₃/C電催化劑的制作方法。首先制得Pt/C，另外形成鎢酸膠體或利用鎢酸鹽溶液，將Pt/C浸漬于鎢酸或鎢酸鹽溶液中，進行洗滌、干燥后，在250350℃用氫氣還原得到產品。這種催化劑降低了CO的氧化電勢，增強了電極的抗CO能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種質子交換膜燃料電池用抗CO電催化劑，制備的電催化劑可用作質子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池的陽極催化劑。本發明的制備方法過程簡單，操作條件易于控制，既適于實驗室研究的少量制備，也可用于大批量生產。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是將貴金屬擔載于含鎢氧化物的高比表面積的導電載體材料上，該催化劑對H₂、H₂/CO及甲醇都具有高的催化活性。