[發明專利]用于燃料電池的抗氧化劑和包括抗氧化劑的燃料電池

在審

• 申請號: 202010095727.8
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111755727A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 樸仁釉;高載準;洪普基
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/1007
• 分類號: H01M8/1007;H01M4/86;H01M8/1041;C09K15/02
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;鄒亮

本申請公開了一種增加聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)的化學耐久性的抗氧化劑及其制造方法。通過還原反應退火處理，抗氧化劑可防止燃料電池的化學降解，并具有提高的抗氧化能力。

技術領域

本發明涉及一種制造具有提高的抗氧化能力的用于燃料電池的抗氧化劑的方法。

背景技術

用于車輛的聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)是通過氫和空氣中的氧之間的電化學反應產生電的發電裝置，其作為具有高發電效率、并且除水以外不排放流出物的下一代環保能源而眾所周知。而且，聚合物電解質膜燃料電池通?？稍?5℃或更低的溫度下工作，并獲得很高的功率密度。

燃料電池產生電的這種反應在包括基于全氟磺酸離聚物的(perfluorinatedsulfonic acid ionomer-based)電解質膜、陽極(anode)和陰極(cathode)的膜電極組件(MEA)中發生，供應至燃料電池的氧化電極即陽極的氫被分離成質子和電子，質子通過膜移動至還原電極即陰極，電子通過外部電路移動至陰極，并且氧分子、質子和電子在陰極處一起反應，從而產生電和熱，同時產生副產物水(H₂O)。

通常，燃料電池的反應氣體即氫和空氣中的氧穿過電解質膜，從而促進過氧化氫(HOOH)的產生，這些過氧化氫產生含氧自由基，例如氫氧自由基(·OH)、氫過氧自由基(.OOH)等。這些自由基進攻基于全氟磺酸離聚物的電解質膜，由此導致膜的化學降解，從而最終具有不利影響，例如降低燃料電池的耐久性。

作為減輕電解質膜的這種化學降解的常規技術，已經提出向電解質膜中加入各種抗氧化劑的方法。

例如，抗氧化劑分為充當自由基清除劑的第一抗氧化劑和充當過氧化氫分解劑的第二抗氧化劑。第一抗氧化劑包括鈰基(cerium-based)抗氧化劑，例如鈰氧化物、硝酸鈰(III)六水合物，基于對苯二甲酸酯的(terephthalate-based)抗氧化劑等。第二抗氧化劑包括錳基(manganese-based)抗氧化劑，例如氧化錳等。

但是，在現有技術中，鈰氧化物通常已知具有其抗氧化能力和長期穩定性彼此成反比的問題。

因此，為了同時確保優異的抗氧化能力和耐酸性，鈰基氧化物的微觀結構特性需要加以最優控制。

本背景技術部分公開的上述信息僅僅用于增強對本發明背景的理解，因此，其可以含有不構成在該國家中本領域普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容

在優選的方面，通過鈰還原反應退火處理精確地控制鈰基氧化物的晶體結構，從而提供一種制造抗氧化能力可大大提高的抗氧化劑的方法。

在一方面，提供一種制造用于燃料電池的抗氧化劑的方法，該方法包括以下步驟：制備包括釤和鈰氧化物的化合物；對化合物進行一次退火；和對通過一次退火獲得的生成產物進行二次退火，以得到抗氧化劑。具體地，二次退火可以在等于或低于一次退火溫度的溫度下進行。

如本文所用，術語“鈰氧化物”是指由鈰和氧組成(例如，由鈰離子(陽離子，例如Ce⁴⁺或Ce³⁺)和氧化物陰離子(O^-2)組成)的化合物。優選地，鈰氧化物可以是具有式CeO₂的二鈰氧化物，其可形成穩定的晶體結構(例如，立方或螢石型結構)。

化合物可以適當地為釤(Sm)-摻雜鈰氧化物。