[發(fā)明專利]質子膜燃料電池催化劑及其制備方法和燃料電池系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110416553A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 潘立升;陳大華;袁中;朱凱;趙國華;郭亞晴;周東峰
• 申請（專利權）人: 奇瑞商用車（安徽）有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92;H01M8/1004
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 王冰冰

本發(fā)明公開了一種質子膜燃料電池催化劑及其制備方法和燃料電池系統(tǒng)，質子膜燃料電池催化劑包括Pt/C催化劑和用于修飾Pt/C催化劑的RuO₂/NiO復合體系，所述RuO₂/NiO復合體系所占的質量百分比為1?25％。本發(fā)明用于燃料電池的催化劑具有優(yōu)異的耐用性及有效改善反復啟停和低溫啟動下單體電壓過低甚至反極現象的發(fā)生，可以改善燃料電池的功率和循環(huán)壽命特性，并改善整個系統(tǒng)在車輛中應用。

技術領域

本發(fā)明屬于新能源燃料電池技術領域,具體涉及一種質子膜燃料電池催化劑及其制備方法和燃料電池系統(tǒng)。

背景技術

燃料電池系統(tǒng)包括電池組，電池組的結構是數個到數十個由膜電極組件(MEA)和隔板(雙極板)構成的單元電池層疊在一起。膜電極組件包括與聚合物電解質膜布置在一起的陽極(“燃料電極”或“氧化電極”)和陰極(“空氣電極”或“還原電極”)，其中聚合物電解質膜具有介于其間的氫離子傳導聚合物。在質子膜燃料電池內的發(fā)電過程中，燃料被供應到陽極(即，燃料電極)以吸附在陽極催化劑上，并被氧化而產生氫離子和電子，產生的電子沿著外電路向陰極(即，氧化電極)傳導，且氫離子經聚合物電解質膜傳導到陰極。氧化劑被供應到陰極，且氧化劑、氫離子和電子在陰極催化劑下反應以產生電同時產生水作為副產物。然而，這些催化劑趨向于隨著時間被腐蝕，因此，現今需要一種更耐用的催化劑。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提供一種質子膜燃料電池催化劑及其制備方法和燃料電池系統(tǒng)，目的是提高耐用性，改善反復啟停和低溫啟動下單體電壓過低甚至反極現象。

為了實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種質子膜燃料電池催化劑，包括Pt/C催化劑和用于修飾Pt/C催化劑的RuO₂/NiO復合體系，所述RuO₂/NiO復合體系所占的質量百分比為1-25％。

所述RuO₂/NiO復合體系中NiO與RuO₂的物質的量比為1:5-1:1。

所述Pt/C催化劑中鉑的質量百分比為25-75％。

所述質子膜燃料電池催化劑的制備方法，所述制備方法是將Pt/C催化劑和RuO₂/NiO復合體系加入水中，之后依次經加粘合劑攪拌、超聲、加異丙醇攪拌及重復超聲后，制得。

一種燃料電池系統(tǒng)，包括電能發(fā)生器、燃料供應器和氧化劑供應器，所述電能發(fā)生器包括膜電極組件和設于膜電極組件兩側的隔板，膜電極組件包括陰極、陽極和聚合物電介質膜，所述陰極包括電極基板和設于電極基板上的催化劑層，所述催化劑層包括所述的質子膜燃料電池催化劑。

電極基板的作用是將燃料和氧化劑擴散到催化劑層中同時支撐電極，從而使燃料和氧化劑容易接近催化劑層。作為電極基板，可以使用導電基板，包括碳紙、碳布或碳氈，但不限制于此。

電極基板可以用氟類樹脂處理，使其防水以防止因燃料電池運行過程中產生的水而引起的擴散效率劣化。氟類樹脂可選聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或其共聚物。

通過在導電基板上涂覆包含有導電粉末、粘合劑樹脂和溶劑的組合物而形成微孔層。優(yōu)選粘合劑樹脂可以包括聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟磺酰氟、烷氧基乙烯基醚等。

所述催化劑層還包括粘合劑樹脂，粘合劑樹脂采用具有質子傳導性的聚合物樹脂。聚合物樹脂包括聚酰亞胺類聚合物、聚醚酰亞胺類聚合物、聚苯硫醚類聚合物、聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其衍生物的陽離子交換基團在其側鏈結合至芳基酮或聚(2,5-苯并咪唑)等側鏈具有磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其衍生物的陽離子交換基團的聚合物樹脂。