[發(fā)明專利]一種適用于動(dòng)態(tài)工況的高穩(wěn)定性的燃料電池陰極催化劑

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910248845.1
• 申請(qǐng)日: 2009-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN102110821A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵志剛;秦曉平;周志敏;孫立言
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M4/96;H01M4/92;H01M4/88;B01J32/00;B01J21/18;B01J23/42;B01J23/44;B01J23/89
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池工業(yè)中一種用于提高催化劑穩(wěn)定性的技術(shù)，具體的說是選擇合適的碳納米管進(jìn)行預(yù)處理后作為載體制備催化劑。

背景技術(shù)

燃料電池的壽命是制約其商業(yè)化的一個(gè)關(guān)鍵因素。不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)燃料電池的壽命要求也是不一樣的，而現(xiàn)有的技術(shù)水平和實(shí)際應(yīng)用所要求的指標(biāo)還有相當(dāng)?shù)牟罹?。材料的穩(wěn)定性尤其是催化劑的穩(wěn)定性是影響電池壽命的最重要因素之一，而催化劑載體的腐蝕是影響催化劑穩(wěn)定性的因素之一。碳載體的腐蝕會(huì)導(dǎo)致鉑顆粒的脫落和流失，并且加劇鉑的團(tuán)聚和遷移，從而使催化劑的電化學(xué)表面積下降，導(dǎo)致電池的性能降低。因此，提高碳載體的抗腐蝕能力對(duì)于提高催化劑的穩(wěn)定性具有重要的意義。

碳納米管具有完美的石墨結(jié)構(gòu)、表面原子價(jià)鍵飽和的碳納米管在化學(xué)上是十分穩(wěn)定的，被認(rèn)為是穩(wěn)定性較高的催化劑載體。中國(guó)發(fā)明專利CN200810069834.2公開了一種“一種碳納米管上過渡金屬錨定鉑催化劑的方法”，該方法通過多元醇和H₂還原的方法將鉑鎳、鉑鐵、鉑鈷合金擔(dān)載到碳納米管上，在一定程度上提高了催化劑的氧還原活性及穩(wěn)定性。中國(guó)發(fā)明專利CN?200810069835.7公開了一種“一種巰基錨固鉑及鉑-金/碳納米管催化劑的制備方法”，也在一定程度上提高了催化劑的活性及穩(wěn)定性。然而，以上專利只是采用了某種特定的碳納米管作為載體，并未對(duì)不同的碳納米管進(jìn)行研究。電化學(xué)，2006，12(3)：288中邵玉艷等人對(duì)長(zhǎng)度為5-15μm、不同直徑的碳納米管的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并以此為載體制備的催化劑其活性及穩(wěn)定性均有所提高。Electrochimica?Acta，2009，54(4)：1277中Jun?Li等人對(duì)不同長(zhǎng)度、不同直徑的碳納米管載PtRu催化劑的電化學(xué)活性進(jìn)行了研究，但是并未對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是選擇合適的碳納米管及其預(yù)處理技術(shù)。以預(yù)處理后的長(zhǎng)度為0.5-15μm、直徑8-100nm的碳納米管為載體，然后采用微波加熱的方法合成燃料電池催化劑，提高了催化劑的穩(wěn)定性。從而解決燃料電池催化劑穩(wěn)定性不高的問題。

本發(fā)明所述的一種適用于動(dòng)態(tài)工況的高穩(wěn)定性的燃料電池催化劑，

所述催化劑為負(fù)載型催化劑，其采用的載體為預(yù)處理后的長(zhǎng)度0.5-15μm、直徑8-100nm的碳納米管的任意一種或多種；

預(yù)處理過程為純化預(yù)處理，將長(zhǎng)度為0.5-15μm、直徑8-100nm的碳納米管材料與質(zhì)量濃度65-68％濃硝酸按1g碳納米管：50-150mL濃硝酸的比例混合，用超聲波處理10-30min，然后在120-140℃回流處理4-8h，冷卻至室溫后，過濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，在真空干燥箱中60-80℃真空干燥12-24h即可。

所述長(zhǎng)度為0.5-2μm、直徑10-20nm的碳納米管作為載體所制備的催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性最好。

所述碳納米管的預(yù)處理也可以分兩步進(jìn)行，首先純化，在純化后可再進(jìn)行功能化；

功能化預(yù)處理：在2-4M的混酸中、在4-8M的雙氧水中或者在次氯酸鈉溶液中進(jìn)行；

具體為：將經(jīng)過純化處理的MWNTs置于盛有50-150mL?2-4M?HNO₃和2-4M?H₂SO₄混合酸中，硝酸和硫酸體積比1∶1-1∶3，超聲震蕩5-20min，然后在120-140℃回流處理4-8h，過濾，固體蒸餾水洗滌至中性，在真空干燥箱中60-80℃真空干燥12-24h即可；

或，將經(jīng)過純化處理的MWNTs在室溫下按1g碳納米管：50-150mLH₂O₂的比例與4-8M?H₂O₂混合，攪拌處理36-96h，過濾，固體蒸餾水洗滌至中性，在真空干燥箱中60-80℃真空干燥12-24h即可；

或，將經(jīng)過純化處理的MWNTs在室溫下按1g碳納米管：50-150mLNaClO的比例與NaClO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％)混合，攪拌處理12-36h，過濾，固體蒸餾水洗滌至中性，在真空干燥箱中60-80℃真空干燥12-24h即可；

所述催化劑為擔(dān)載型貴金屬催化劑，使用所述載體的催化劑的活性組分的含量為0.5～90％，活性組分為一種元素Pt或兩種金屬元素Pt與過渡金屬及其他貴金屬形成的合金催化劑。如PtPd、PtNi、PtFe或PtCo。

所述性組分的含量最好為20～40％，活性組分顆粒的粒徑最好為1-3nm。