[發明專利]一種燃料電池用復合催化劑載體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711429141.5
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108134104B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于燃料電池催化劑載體制備的技術領域，提供了燃料電池用復合催化劑載體及其制備方法以及在燃料電池催化劑中的應用；本發明制備了核殼結構的Pt/TiC/TiON/SiON復合催化劑活性高，Pt負載量為0.1～0.15mg/cm²，成本低，還含有少量的Pd，N摻雜SiO₂/TiO₂復合微球得到TiON/SiON復合材料為殼結構，再以碳化鈦為核，不僅能夠保證碳化鈦化學穩定，還能保證在酸性介質中具有較高的電子傳導率，保證了催化劑的活性和催化效率，延長了催化劑活性材料Pt等的使用壽命，具有性能優異的大比表面積，為催化劑負載提供了可靠的場所，抗腐蝕性能強，能有效避免Pt催化劑中毒失活，具有較高的應用價值。

技術領域

本發明屬于質子交換膜催化劑載體制備的技術領域，具體涉及一種燃料電池用復合催化劑載體及其制備方法和應用。

背景技術

燃料電池是近些年來興起的清潔能源技術裝置，是繼水力、火力和核能發電之后的新一代發電技術。它是一種不經過燃燒直接以電化學反應方式將燃料和氧化劑的化學能轉變成電能的高效連續發電裝置。燃料電池由陽極、陰極及兩極之間的電解質組成。在陽極一側持續通一燃料氣，例如H2、CH4、煤氣等，陰極一側通入O2或空氣，通過電解質的質子傳導，在陰極和陽極發生電子轉移，即在兩極之間產生電勢差，形成一個電池。連接兩極，在外電路中形成電流，便可帶動負載工作。

質子交換膜(Proton Exchange Membrane Fuel，PEM)是PEMFC的核心部件，PEM與一般化學電源中使用的隔膜有區別。質子交換膜燃料電池已成為汽油內燃機動力最具競爭力的潔凈取代動力源。用作PEM的材料應該滿足以下條件：良好的質子電導率、水分子在膜中的電滲透作用小、氣體在膜中的滲透性盡可能小、電化學穩定性好、干濕轉換性能好、具有一定的機械強度、可加工性好、價格適當。

質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單、操作方便等優點，被公認為電動汽車、固定發電站等的首選能源。在燃料電池內部，質子交換膜為質子的遷移和輸送提供通道，使得質子經過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉移構成回路，向外界提供電流，因此質子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞直接影響電池的使用壽命。

然而，燃料電池的電性能與電極反應的效率密切相關，而電極反應的效率主要由電催化劑的催化性能來決定，因此催化劑的性能對燃料電池的電性能起到舉足輕重的作用。至今為止，質子交換膜燃料電池的有效電催化劑仍以鉑為主。由于鉑的價格昂貴，資源匱乏，造成PEMFC成本很高，大大限制了其廣泛應用。所以降低貴金屬催化劑用量，尋找廉價催化劑，提高電池催化劑性能，或者尋找優異的催化劑載體，成為電極催化劑研究的主要目標。

中國發明專利申請號201110037772.9公開了一種稻殼活性炭/二氧化硅/二氧化鈦復合材料的制備方法。公開了一種納米二氧化鈦光催化劑制備技術領域中稻殼活性炭/二氧化硅/二氧化鈦復合材料的制備方法，先酸洗稻殼粉，向酸洗稻殼粉中加入NaOH溶液堿煮得到稻殼與硅酸鈉組成的混合漿液，再制備稻殼/二氧化硅/二氧化鈦前軀體，最后進行炭化和活化處理制得稻殼活性炭/二氧化硅/二氧化鈦復合材料;利用二氧化硅將稻殼與納米二氧化鈦以化學鍵的形式結合在一起，兼具稻殼活性炭優異的吸附性能和納米二氧化鈦良好的光催化性能，有效避免了納米二氧化鈦在載體表面的易脫落問題，大幅提高了復合材料的穩定性，制備過程工藝簡單，原料廉價，成本低，污染少。