[發明專利]電鍍液、Pt-Ru催化劑膜及其制備方法和膜燃料電池

在審

• 申請號: 201310652134.7
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103628102A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 杜靖;關有俊;熊永強
• 申請（專利權）人: 深圳市嘉達高科產業發展有限公司
• 主分類號: C25D3/56
• 分類號: C25D3/56;H01M4/92
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于質子交換膜燃料電池技術領域，特別涉及一種制備質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑的電鍍液、Pt-Ru催化劑膜制備方法和質子交換膜燃料電池。

背景技術

質子交換膜燃料燃料電池(PEMFC)是通過由電解質分隔開的兩個電極中間的燃料(如天然氣、甲醇或純凈氫氣)的化學反應直接產生出電能。質子交換膜燃料燃料電池的發電效率可以達到45%-60%。它除了排放低比率碳氧化物外，幾乎沒有任何其他的有害排放物，對環境污染小，而且其溫度要求低。是一種清潔環保的新能源發電系統。

其中，直接甲醇燃料電池(Direct?Methanol?Fuel?Cell，DMFC)就是屬于質子交換膜燃料電池中之一類，該直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發電。相較于質子交換膜燃料電池中的其他燃料電池而言，直接甲醇燃料電池具備低溫快速啟動、燃料潔凈環保以及電池結構簡單等特性。這使得直接甲醇燃料電池可能成為未來便攜式電子產品應用的主流。

催化劑是燃料電池的關鍵材料之一，催化劑的性能好壞直接影響燃料電池性能的高低。同樣催化劑也是直接甲醇燃料電池的關鍵材料之一，催化劑的性能好壞也直接影響直接甲醇燃料電池性能的高低。如已知Pt-Ru合金對直接甲醇燃料電池具備優異的催化性能，通過調整配比，可進一步提升其催化性能。然而，Pt、Ru均屬于貴重金屬，其價格近年來持續上漲，從而阻礙了直接甲醇燃料電池的推廣應用。因此，需要開發有效減少Pt-Ru貴金屬用量、提高Pt-Ru合金催化效率的技術。

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發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種制備質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑的電鍍液和質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜及其制備方法，以解決現有Pt-Ru催化劑成本高的技術問題。

本發明的另一目的在提供一含有該質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜的質子交換膜燃料燃料電池。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

一種制備質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑的電鍍液，其溶劑為水，溶質包括如下摩爾濃度的組分：

堿金屬硫酸鹽??0.4～0.6mol/L

堿金屬鉑酸鹽_????20～30mmol/L

RuCl_{3??????????????}10～15mmol/L

MSO_{4??????????????}100～200mmol/L；

其中，該M為二價金屬離子。

以及，一種質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜制備方法，包括如下步驟：

將載體置于上述質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑的電鍍液中，先在0V電壓下鍍Pt層，然后在-0.75V電壓下繼續電鍍處理，形成Pt-Ru-M層；

將所述Pt-Ru-M層置于0.5～1.0mol/L的酸液中進行酸腐蝕處理，除去所述Pt-Ru-M層中的M金屬，得到Pt-Ru催化劑膜。

以及，一種由上述質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜制備方法制備的質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜。

以及，一種質子交換膜燃料電池，包括質子交換膜和與所述質子交換膜結合的催化劑層，所述催化劑層為上述的質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜制備方法制備獲得質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜。

上述制備質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑的電鍍液通過采用鉑酸鹽、Ru的氯化物組分為溶質，能在電鍍過程中有效沉積出具備多孔結構的Pt-Ru電鍍層。

上述質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜制備方法采用上述電鍍液分步電鍍處理后經酸腐蝕處理，其方法工藝條件易控制，對設備要求低，獲得的Pt-Ru催化劑膜良品率高。另外，該方法避免直接對貴重金屬的使用，有效降低了該Pt-Ru催化劑的經濟成本。由該方法獲得的質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜純度高，且為多孔結構，具有大的電化學表面積，具有優異的催化效率。

上述質子交換膜燃料電池由于含有上述質子交換膜燃料電池Pt-Ru催化劑膜，有效提高了其發電效率。

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附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：