[發(fā)明專利]鉑碳納米纖維電極及其制備方法

在審

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• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN110875480A
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 洪紹景;許永亮;李目武;秦千惠;李劍錚;蔣偉
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 林青中

本發(fā)明涉及一種鉑碳納米纖維電極及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：將碳載體、Nafion溶液及粘結劑混合，制得紡絲漿料；將所述紡絲漿料進行紡絲，得到納米纖維催化層；將所述納米纖維催化層轉印到氣體擴散層上涂有碳粉和聚四氟乙烯的表面，得到氣體擴散電極；以所述氣體擴散電極為工作電極，含有氯鉑酸和硫酸的溶液作為電解質，采用脈沖電沉積技術，在三電極體系中在所述氣體擴散電極上沉積鉑納米粒子，制得鉑碳納米纖維電極。該鉑碳納米纖維電極及其制備方法，可提高催化劑Pt的利用率和電池性能穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池技術領域，特別是涉及一種鉑碳納米纖維電極及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，簡稱PEMFC)具有高功率密度、高能量轉換效率、低溫啟動、環(huán)境友好等優(yōu)點，被視為用于固定電站、電動汽車、便攜式電源的理想動力源。然而要想其成功的商業(yè)化，主要面臨成本和壽命兩方面問題。在燃料電池組件中，催化劑的成本占了近一半，降低催化劑載量是降低燃料電池成本的最直接方式，同時催化劑的穩(wěn)定性對燃料電池也有極其重要的影響。因此，優(yōu)化電極制備工藝，提高電極中催化劑的利用率和穩(wěn)定性，使得Pt(鉑)載量較低時，燃料電池仍具有較高的活性和較長的壽命，是目前低溫燃料電池研究的當務之急，對降低PEMFC的成本、加速其商業(yè)化進程具有極為重要的現實意義。傳統(tǒng)制備電極方法主要是將催化劑漿料噴涂或涂覆到質子交換膜或氣體擴散層上，其存在的主要不足是Pt利用率低且電池性能不穩(wěn)定。有科研人員采用靜電紡絲技術制備Pd/C納米纖維層后沉積Pt的方式制備電極，其雖然提高了Pt的利用率，但是存在貴金屬Pd顆粒被高分子包覆無法沉積Pt的情況，降低了Pd的利用率；同時電沉積的Pt很難將Pd納米顆粒完全包覆，暴露的Pd納米顆粒在燃料電池運行環(huán)境下易發(fā)生溶解現象，溶解的Pd對質子交換膜有毒化作用，不利于燃料電池壽命的進一步提高。

發(fā)明內容

基于此，有必要提供一種能夠提高貴金屬利用率和電池穩(wěn)定性的鉑碳納米纖維電極及其制備方法。

一種鉑碳納米纖維電極的制備方法，包括以下步驟：

將碳載體、Nafion溶液及粘結劑混合，制得紡絲漿料；

將所述紡絲漿料進行紡絲，得到納米纖維催化層；

將所述納米纖維催化層轉印到氣體擴散層上涂有碳粉和聚四氟乙烯的表面，得到氣體擴散電極；

以所述氣體擴散電極為工作電極，含有氯鉑酸和硫酸的溶液作為電解質，采用脈沖電沉積技術，在三電極體系中在所述氣體擴散電極上沉積鉑納米粒子，制得鉑碳納米纖維電極(記為Pt@C納米纖維電極)。

在其中一個實施例中，所述脈沖電沉積的電流為(25～300)mA·cm^-2，電流供給時間0.1ms～2ms，電流斷開時間為1.5ms～16ms，脈沖電沉積時間為200s～3600s。

在其中一個實施例中，所述脈沖電沉積的電流為(115～235)mA·cm^-2，電流供給時間0.8ms～1.2ms，電流斷開時間為1.8ms～4ms，脈沖電沉積時間為400s～1200s。

在其中一個實施例中，所述碳載體、所述Nafion溶液中固含量及所述粘結劑的質量比為20:(6～20):(5～10)。

在其中一個實施例中，所述紡絲漿料的原料還包括聚四氟乙烯，制備所述紡絲漿料時，將所述聚四氟乙烯和所述碳載體、所述Nafion溶液及所述粘結劑混合即得。

在其中一個實施例中，所述紡絲漿料中的聚四氟乙烯與所述碳載體的質量比為(1～5):20。

在其中一個實施例中，所述碳載體的擔載量為(0.2～2.0)mg·cm^-2。