[發(fā)明專(zhuān)利]用于燃料電池的負(fù)載的催化劑材料、其制造方法以及具有此類(lèi)催化劑材料的電極結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710141202.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107180970B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T.施拉特;T.格拉夫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大眾汽車(chē)有限公司;奧迪股份公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/88
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 邵長(zhǎng)準(zhǔn);楊思捷

1.用于燃料電池(10)的負(fù)載的催化劑材料(20)，其包含多孔且導(dǎo)電的碳基載體材料(21)和沉積或生長(zhǎng)在載體材料(21)上的催化結(jié)構(gòu)(28)，其中催化結(jié)構(gòu)(28)具有從內(nèi)向外至少包含下列成分的多層結(jié)構(gòu)：

– 包含導(dǎo)電的體積材料的核心層(23)，其中所述體積材料設(shè)置為與碳基載體材料(21)直接接觸，和

– 包含催化活性貴金屬或其合金的表面層(26)，

其中所述催化結(jié)構(gòu)在載體材料上基本上不連續(xù)地，即彼此分隔地設(shè)置，和因此在相鄰的催化結(jié)構(gòu)之間存在空隙，載體材料在這些空隙中是裸露的，

所述催化結(jié)構(gòu)具有“切開(kāi)的”核-殼-結(jié)構(gòu)，其中“切割面”設(shè)置在載體材料上并與其接觸，并且核心層(23)的體積材料選自金屬的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物以及它們的混合物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1的催化劑材料(20)，其特征在于，在核心層(23)和表面層(26)之間設(shè)置附著力增強(qiáng)劑層(24)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2的催化劑材料(20)，其中所述附著力增強(qiáng)劑層(24)包含鎢。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的催化劑材料(20)，其特征在于，在核心層(23)和表面層(26)之間或在附著力增強(qiáng)劑層(24)和表面層(26)之間設(shè)置包含貴金屬合金的中間層(25)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的催化劑材料(20)，其特征在于，表面層(26)的晶體邊緣和/或晶體角被局部的保護(hù)層(27)覆蓋。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的催化劑材料(20)，其特征在于，所述碳基載體材料(21)具有多孔的顆粒狀結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6的催化劑材料(20)，其中所述碳基載體材料(21)是球體或纖維形狀的。

8.根據(jù)權(quán)利要求6的催化劑材料(20)，其中所述碳基載體材料(21)選自碳納米結(jié)構(gòu)、石墨、火山灰、石墨化碳、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、爐黑、炭黑、活性炭和中間相碳。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的催化劑材料(20)，其特征在于，核心層(23)的體積材料至少點(diǎn)狀共價(jià)或通過(guò)物質(zhì)的原子或分子間作用力結(jié)合到碳基載體材料(21)上。

10.用于燃料電池(10)的電極結(jié)構(gòu)，其包括選自聚合物電解質(zhì)膜(11)和透氣導(dǎo)電基底(13)的扁平載體(11、13)和設(shè)置在載體(11、13)的至少一個(gè)扁平側(cè)面上并包含根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)的負(fù)載的催化劑材料(20)的催化涂層(12a、12k) 。

11.燃料電池(10)，其具有聚合物電解質(zhì)膜(11)和各一個(gè)設(shè)置在聚合物電解質(zhì)膜(11)的扁平側(cè)面上的層(12a、12k)，所述層的至少一個(gè)包含根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)的負(fù)載的催化劑材料(20)。

12.制造根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)的催化劑材料(20)的方法，其包括下列步驟：

– 提供碳基載體材料(21)；

– 在載體材料(21)上產(chǎn)生錨固點(diǎn)(22)，其選自具有雜質(zhì)材料的摻雜物、官能團(tuán)、電荷、自由電子對(duì)或晶格缺陷；

– 將導(dǎo)電的體積材料從氣相中沉積到錨固點(diǎn)(22)上和周?chē)⒅苯映练e在碳基載體材料(21)上，以形成核心層(23)；

– 將包含催化活性貴金屬或其合金的層從氣相中沉積到核心層(23)上。