[發明專利]一種廢舊質子交換膜燃料電池鉑催化劑的回收方法

有效

• 申請號: 202011353008.8
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112593084B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 劉毅輝;朱天賜;王超;潘卓飛
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B11/00;C25C1/20;H01M8/008
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 柏琳容

本發明涉及一種廢舊質子交換膜燃料電池鉑催化劑的回收方法。該方法包括：1)采用循環伏安法電解催化劑層中的鉑：將所述催化劑層作為工作電極，碳棒作為對電極，Ag/AgCl電極作為參比電極，低共熔溶劑作為電解液進行電解；其中，電位窗口設置為1～2V；2)電沉積反應：電解后將所述催化劑層換成材質為導電材料的電極，電位窗口設置為?3～?2V，并在超聲條件下多次進行電沉積反應得到金屬鉑。采用本發明方法回收到的鉑金屬顆粒大小均勻，而且不含其它金屬雜質，純度高。

技術領域

本發明涉及廢舊電池處理領域，尤其涉及一種廢舊質子交換膜燃料電池鉑催化劑的回收方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池作為一種可以將氫氣中的化學能轉化成電能的裝置，具備極高的能量轉化效率(80％)，是利用氫能的最佳設備之一。隨著燃料電池性能的優化以及適用范圍的普及，越來越多的燃料電池走進人們的日常生活，并扮演著不可替代的作用。

如果廢舊的燃料電池不進行任何處理的直接廢棄的話，一方面一些燃料電池為了追求良好的吸附和催化性能而應用Pt、Pb等貴、重金屬，直接遺棄易造成環境的污染，另一方面直接遺棄也會造成珍貴資源的浪費。

低共熔溶劑(DES)通常由一定化學計量比的氫鍵受體和氫鍵給體組合而成，作為一類新型溶劑，低共熔溶劑具有制備簡便、成本低、毒性低、溶解性好、不易揮發等特點。并且在合適溫度下，低共熔溶劑表現出的合適的粘度和良好的電導率也使它在電沉積、萃取分離、催化反應、納米材料制備等諸多領域展現出良好的發展前景。

目前，在燃料電池回收領域，人們對廢舊質子交換膜燃料電池的回收技術方法有了一定的進步，但是多數仍是利用火法或者濕法處理，這樣不僅無法達到循環利用的目的，并且在消耗較多的能量(高溫焚燒)和不可循環利用的危險化學試劑(濃硫酸等強酸)的同時，重新制備出的鉑粒子也因為雜質較多和顆粒大小不均勻而導致其再循環利用需要額外的工藝實現。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何從廢舊電池中回收純度高且顆粒大小均勻的金屬鉑。

為解決上述技術問題，本發明提出了一種廢舊質子交換膜燃料電池鉑催化劑的回收方法。

一種廢舊質子交換膜燃料電池鉑催化劑的回收方法，廢舊電池中的膜電極由催化劑層和質子交換膜構成，催化劑層中含有鉑，包括以下步驟：

1)采用循環伏安法電解催化劑層中的鉑：將所述催化劑層作為工作電極，碳棒作為對電極，Ag/AgCl電極作為參比電極，低共熔溶劑作為電解液進行電解；其中，電位窗口設置為1～2V；

2)電沉積反應：電解后將所述催化劑層換成材質為導電材料的電極，電位窗口設置為-3～-2V，并在超聲條件下多次進行電沉積反應得到金屬鉑。

進一步地，在步驟1)中，所述低共熔溶劑通過季銨鹽與有機溶劑按照摩爾比1:1-3，在60-80℃下中反應制得。

進一步地，在步驟1)中，所述低共熔溶劑通過所述季銨鹽與所述有機溶劑按照摩爾比1:1-3，在60-80℃下反應20-30分鐘制得。

進一步地，在步驟1)中，所述季銨鹽為氯化膽堿；有機溶劑為無水乙二醇、草酸和尿素、丁二醇等中的一種或多種。

進一步地，在步驟1)中，所述催化劑層由以下步驟獲得：用0.1～0.3mol/L的硝酸溶液浸潤所述膜電極將所述催化劑層與所述質子交換膜分開得到。

進一步地，在步驟1)中，進行所述電解的時間為30～60分鐘。

進一步地，在步驟1)中，進行所述電解的溫度為60-80℃。

進一步地，在步驟2)中，進行電沉積反應的時間為20～30分鐘，進行電沉積反應的溫度為60-80℃。

進一步地，在步驟2)中，進行循環電沉積反應的次數為3-5次。