[發明專利]一種提升鉑碳催化劑氧還原電催化穩定性的方法

在審

• 申請號: 202011505773.7
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112615016A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 吳守良;劉俊;張顯;王新磊
• 申請（專利權）人: 安徽枡水新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種提升鉑碳催化劑氧還原電催化穩定性的方法，包括如下步驟：將粉末狀鉑碳催化劑與去離子水混合，攪拌一段時間后使鉑碳催化劑均勻分散在去離子水中，形成鉑碳催化劑水溶液，然后利用非聚焦脈沖激光輻照步驟(1)產生的鉑碳催化劑水溶液，輻照過程中持續對鉑碳催化劑水溶液進行攪拌，通過本發明記載的方法，在不改變鉑碳催化劑組分以及不降低其氧還原電催化活性的前提下，有效的提高鉑碳催化劑的氧還原電催化穩定性，沒有引入其它的元素，且工藝簡單。

技術領域

本發明涉及燃料電池的制備領域，具體為一種提升鉑碳催化劑氧還原電催化穩定性的方法。

背景技術

全球范圍內的主要發達國家從資源、環保等角度出發，都十分看重氫能的發展。氫燃料電池被認為是實現氫能發展愿景的關鍵突破口，它是一種能將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置，具有零污染、無噪聲、能量轉換效率高等優點。然而，要想實現氫燃料電池的大規模產業化應用，除了要大大降低其生產成本外，還需要大幅提高電池的使用壽命。氫燃料電池的核心單元為膜電極，催化劑又是膜電極的三大關鍵材料之一，催化劑的穩定性直接決定了膜電極的穩定性，從而影響整個電池的使用壽命。

氫燃料電池的陰極是氧氣分子發生電化學還原反應的場所，目前最常用的陰極催化劑是鉑碳催化劑，現有鉑碳催化劑的氧還原電催化穩定性還沒有達到最佳的水平，仍不能滿足氫燃料電池的大規模商業化應用需求。在氫燃料電池的運行過程中，碳載體的腐蝕、鉑的遷移與聚集、雜質的毒化是導致鉑碳催化劑催化活性降低的幾個關鍵因素。

現有技術中，常常采用以下幾種方法來提高鉑碳催化劑的氧還原電催化穩定性：第一種、引入Fe、Co、Ni等過渡金屬與Pt形成合金，這種方法確實能提高Pt的電催化穩定性，但組裝成膜電極后，Fe、Co、Ni等金屬在使用過程中能從合金表面溢出，穿過質子膜到達膜電極的陽極，從而使整個膜電極的耐久性急劇降低；第二種、在碳載體中引入N、P、S等摻雜元素，這些元素的引入能有效錨定Pt納米顆粒，阻止其在催化過程中的遷移與聚集，但N、P、S等元素摻雜的碳載體在酸性介質中高電位下的抗電化學腐蝕能力較差；第三種、引入適量的氧化物能提升整個催化劑的抗雜質毒化能力，但氧化物的導電性差，不利于催化過程中電子的傳導，從而降低了催化劑的氧還原電催化活性。因此，現有技術通過改變鉑碳催化劑的組分來提升其氧還原電催化穩定性的方法都存在一定的缺陷。

發明內容

本發明的主要目的提供一種提升鉑碳催化劑氧還原電催化穩定性的方法，可以有效的解決背景技術中的問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種提升鉑碳催化劑氧還原電催化穩定性的方法，包括如下步驟：步驟(1)：將粉末狀鉑碳催化劑與去離子水混合，攪拌一段時間后使鉑碳催化劑均勻分散在去離子水中，形成鉑碳催化劑水溶液；步驟(2)：利用非聚焦脈沖激光輻照步驟(1)產生的鉑碳催化劑水溶液，輻照過程中持續對鉑碳催化劑水溶液進行攪拌。

在上述技術方案中，步驟(1)中鉑碳催化劑與去離子水的質量比為1：(100～1000)。

在上述技術方案中，步驟(1)中非聚焦脈沖激光輻照鉑碳催化劑水溶液的時間為2～20min。

在上述技術方案中，步驟(2)中非聚焦脈沖激光是波長為532nm的平行光，光斑直徑為7mm，脈寬為7ns，頻率為2～20Hz，能量密度為20～150mJ/cm2。

本發明的有益之處：

(1)本發明利用脈沖激光輻照產生的瞬間熱效應能使鉑納米顆粒與碳載體之間的相互作用增強，有效緩解鉑納米顆粒在催化過程中的遷移與聚集，從而提高催化劑的電化學穩定性。

(2)通過本發明記載的方法，在不改變鉑碳催化劑組分以及不降低其氧還原電催化活性的前提下，有效的提高鉑碳催化劑的氧還原電催化穩定性。

(3)通過本發明的技術方案，在提高鉑碳催化劑穩定性的同時，沒有引入其它的元素，且工藝簡單。

附圖說明