[發明專利]一種陽極催化劑及其制備方法和堿性燃料電池

有效

• 申請號: 202010009997.2
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111180747B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 俞書宏;段玉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M8/083;B82Y30/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 紀志超

本發明提供了一種陽極催化劑，所述陽極催化劑為鎢鎳合金納米材料。本發明采用鎢鎳合金納米材料作為堿性燃料電池的陽極催化劑，具有較高的氫氧化催化活性。本發明還提供了一種陽極催化劑的制備方法和堿性燃料電池。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種陽極催化劑及其制備方法和堿性燃料電池。

背景技術

氫能源作為一種富有希望的清潔能源受到國家的高度重視，在國家發改委、國家能源局下發的《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》中得到了重點的強調。

燃料電池是一種氫能源高效利用的裝置。燃料電池可分為兩個半反應：陽極氫氧化反應，陰極氧還原反應。在堿性燃料電池中，對于氧還原反應，科學家們已開發出廉價的非貴金屬催化劑，具有高效的氧還原性能，并能顯著降低催化劑成本，然而對于陽極催化劑現階段還主要依靠于Ir基、Pd基、Pt基等貴金屬催化劑。因此，制備高效的非貴金屬來替代貴金屬作為氫氧化催化劑成為一個亟待解決的課題，具有重要的商業價值和科研意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種陽極催化劑及其制備方法和堿性燃料電池，本發明提供的陽極催化劑用于堿性燃料電池具有較高的氫氧化活性。

本發明提供了一種陽極催化劑，所述陽極催化劑為鎢鎳合金納米材料。

在本發明中，所述鎢鎳合金納米材料為W元素與Ni元素形成的固溶體，晶型為四方結構；所述鎢鎳合金納米材料的分子式優選為WNi_(2～8)，更優選為WNi₄。

在本發明中，所述鎢鎳合金納米材料的粒度優選為10～60nm，更優選為15～50nm，最優選為30～40nm。

本發明提供了一種上述技術方案所述的陽極催化劑的制備方法，包括：

將鎳源和鎢源在溶劑中混合后反應，得到鎢摻雜的氫氧化鎳前驅體；

將所述鎢摻雜的氫氧化鎳前驅體在還原氣氛中煅燒，得到陽極催化劑。

在本發明中，所述鎢源優選選自氯化鎢、偏鎢酸銨、鎢酸銨和鎢酸鈉中的一種或幾種；所述鎳源優選選自氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和乙酸鎳中的一種或幾種；所述溶劑包括水和乙二醇，所述水優選為去離子水；所述水和乙二醇的體積比優選為1：(1～8)，更優選為1:(4～6)，最優選為1:5。

在本發明中，所述鎳源和鎢源的摩爾比優選為(2～8)：1，更優選為(3～6)：1，最優選為(4～5):1。

在本發明中，所述鎳源在溶劑中的質量含量優選為3～6％，更優選為4～5％。

在本發明中，所述鎳源和鎢源混合后反應前即混合和反應之間優選還包括：

向鎳源和鎢源混合后的混合液中加入堿性調節劑再進行反應。

在本發明中，所述堿性調節劑優選選自氨水和尿素中的一種或兩種。在本發明中，所述鎳源和尿素的摩爾比優選為1：(2～5)，更優選為1：(2.5～4.5)，最優選為1:3；所述鎳源和氨水的質量比優選為1：(1～1.5)，更優選為1：(1.15～1.35)，最優選為1:1.25。

在本發明中，所述反應的溫度優選為120～220℃，更優選為140～210℃，最優選為180～200℃；所述反應的時間優選為3～10min，更優選為4～8min，最優選為5～6min。

在本發明中，所述鎢摻雜的氫氧化鎳前驅體的制備方法優選為：

將鎳源和鎢鹽溶解在溶劑中，攪拌10～20min，得到混合液；

在所述混合液中加入堿性調節劑，攪拌10～20min，得到混合溶液；