[發(fā)明專利]燃料電池催化劑復(fù)合物及制造包括該復(fù)合物的電極的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011111772.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN112751045A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳宗吉;洪普基
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社;起亞自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M4/92;H01M4/88
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶;趙赫

本發(fā)明公開一種燃料電池用催化劑復(fù)合物及制造包括該催化劑復(fù)合物的電極的方法。包括在燃料電池的電極中的燃料電池用催化劑復(fù)合物包括：第一催化劑，用于進(jìn)行氫氧化反應(yīng)(HOR)；以及第二催化劑，用于進(jìn)行水電解反應(yīng)，即氧析出反應(yīng)(OER)。第一催化劑的外表面涂覆有第一離聚物粘合劑，第二催化劑的外表面涂覆有第二離聚物粘合劑，并且第二離聚物粘合劑的當(dāng)量(EW)與第一離聚物粘合劑的當(dāng)量(EW)不同。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及燃料電池用催化劑復(fù)合物及制造包括該復(fù)合物的電極的方法。

背景技術(shù)

近來，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)最常用作車輛的燃料電池。為了在車輛的各種行駛條件下通常產(chǎn)生至少幾十千瓦的高輸出性能，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池必須在寬的電流密度范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。

為了滿足燃料電池的所需的輸出水平，燃料電池采用將單元電(unit cell)池堆疊組裝以電池堆(stack)的形式使用。單元電池被配置為使得氣體擴(kuò)散層(GDL)和墊片(gasket)堆疊在陰極(cathode)和陽極(anode)所在的膜電極組件(MEA)的外部。在GDL的外部設(shè)置有具有流路(flow field)以供應(yīng)反應(yīng)氣體(用作燃料的氫和用作氧化劑的氧或空氣)并使冷卻水通過的雙極板(或分離板)。堆疊數(shù)百個(gè)這些單元電池后將用于支撐單元電池的端板(end plate)結(jié)合到最外面的單元電池。

在燃料電池中的電化學(xué)反應(yīng)中，如以下等式1所示，在通過氫氧化反應(yīng)(HOR)將供應(yīng)給燃料電池的氧化電極即陽極的氫被分離成質(zhì)子(proton)和電子之后，質(zhì)子通過膜移動(dòng)到還原電極，即陰極，電子通過外部電路移動(dòng)到陰極。如以下等式2所示，質(zhì)子和電子在陰極中通過氧還原反應(yīng)(ORR)與從外部供應(yīng)的氧氣發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生電和熱，同時(shí)產(chǎn)生水作為反應(yīng)副產(chǎn)物。

[等式1]

H₂→2H⁺+2e^-,E⁰＝0.000V(vs.SHE)

[等式2]

1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O,E⁰＝1.229V(vs.SHE)

(其中，E⁰是標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，SHE是標(biāo)準(zhǔn)氫電極。)

特別地，當(dāng)陽極中的質(zhì)子通過膜移動(dòng)到陰極時(shí)，通常發(fā)生水合氫離子(HydroniumIon)與水分子結(jié)合從而拖拉水分子的電滲阻力(Electro-Osmotic Drag,EOD)現(xiàn)象。此外，當(dāng)在陰極處累積的水量增加時(shí)，可能發(fā)生一些水從陰極反向移動(dòng)到陽極的反向擴(kuò)散(BackDiffusion,BD)現(xiàn)象。當(dāng)存在通過這種燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生并移動(dòng)的適量水時(shí)，適量水起到維持膜電極組件的增濕的理想的作用，但是當(dāng)存在過量的水時(shí)，如果沒有適當(dāng)?shù)厝コ^量的水，則會(huì)發(fā)生水泛濫(flooding)，并且泛濫的水會(huì)阻礙向燃料電池內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體，從而增加電壓損失。除了燃料電池中的水泛濫外，各種其它原因(例如冬天的冰形成和反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置的異常)可能會(huì)導(dǎo)致氫和氧(即燃料電池中使用的反應(yīng)氣體)的供應(yīng)不足，特別地，已知陽極處的氫燃料不足(Hydrogen Fuel Starvation)會(huì)給燃料電池的性能帶來致命的負(fù)面影響并大大降低電池電壓。