[發明專利]燃料電池氧化還原反應催化劑

有效

• 申請號: 201710718285.6
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107785588B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 凱莉·K·加思;楊俊;徐淳川;帕特里克·皮埃特瑞茲;理查德·E·索爾蒂斯;馬克·約翰·賈格爾;詹姆士·瓦爾德克;魯自界;馬克·S·蘇萊克
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 劉燦強;陳曉博

1.一種燃料電池氧化還原反應催化劑，包括：

碳基底；

非晶金屬氧化物中間層，位于基底上；以及

鉑和鈮的交織基質，布置為形成覆蓋中間層的表面金屬層，使得在燃料電池運行時，鈮與氧結合引起鉑與中間層之間的加強的結合，

其中，中間層包括氧化鈮、氧化鉭、氧化鉬或它們的組合。

2.根據權利要求1所述的催化劑，其中，與表面金屬層相關的鉑負載量是3重量％至50重量％。

3.根據權利要求1所述的催化劑，其中，鉑與鈮的比例是從7:1至1:7。

4.根據權利要求1所述的催化劑，其中，交織基質包括至少一層鉑和至少一層鈮。

5.根據權利要求1所述的催化劑，其中，交織基質包括與多個鈮層交替的多個鉑層。

6.根據權利要求1所述的催化劑，其中，在5重量％至25重量％的Pt負載量下，催化劑在25000次循環后的壽命末期質量活性是250A/g_Pt至500A/g_Pt，

其中，所述壽命末期質量活性通過25000次循環的25K Pt-應力測試來獲得，

其中，所述25K Pt-應力測試涉及針對以每3s從0.1V至1V的方波在旋轉圓盤電極上進行的一次循環。

7.根據權利要求1所述的催化劑，其中，催化劑在25000次循環后的質量活性保留率是75％至100％，

其中，Pt負載量在5重量％至25重量％的范圍內，

其中，所述質量活性保留率通過25000次循環的25K Pt-應力測試來獲得，

其中，所述25K Pt-應力測試涉及針對以每3s從0.1V至1V的方波在旋轉圓盤電極上進行的一次循環。

8.一種燃料電池氧化還原反應催化劑，包括：

碳基底層；以及

鉑和鈮的交織基質，布置為形成覆蓋碳基底層的表面金屬層，使得在燃料電池運行時，鈮與氧結合引起鉑與碳基底層之間的加強的結合。

9.根據權利要求8所述的催化劑，其中，與表面金屬層相關的鉑負載量是3重量％至50重量％。

10.根據權利要求8所述的催化劑，其中，鉑與鈮的比例是從7:1至1:7。

11.根據權利要求8所述的催化劑，其中，交織基質包括至少一層鉑和至少一層鈮。

12.根據權利要求8所述的催化劑，其中，基質包括以交替的方式布置的多個鉑層和多個鈮層。

13.根據權利要求8所述的催化劑，其中，在8重量％至10重量％的Pt負載量下，催化劑在25000次循環后的壽命末期質量活性是250A/g_Pt至500A/g_Pt，

其中，所述壽命末期質量活性通過25000次循環的25K Pt-應力測試來獲得，

其中，所述25K Pt-應力測試涉及針對以每3s從0.1V至1V的方波在旋轉圓盤電極上進行的一次循環。

14.一種形成燃料電池氧化還原反應電催化劑的方法，包括：

在碳基底上沉積導電金屬氧化物以形成中間層；

將鉑和鈮濺射到中間層上，以形成被構造為交織基質的表面金屬層；以及

通過燃料電池運行時的氧化將鈮的至少一部分轉化為NbOx，引起鉑與中間層之間的加強的結合，其中，x在2至2.5的范圍內；

其中，中間層包括氧化鈮、氧化鉭、氧化鉬或它們的組合。

15.根據權利要求14所述的方法，其中，將鉑和鈮濺射到中間層上的步驟包括濺射鉑和鈮，從而以形成各自的分立的層。