[發明專利]用于燃料電池的多元素催化劑結構

在審

• 申請號: 202011614742.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN113130925A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: S·金;J·麥羅阿;N·克萊格;C·圖費爾
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/90
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 章敏;楊戩

本發明涉及用于燃料電池的多元素催化劑結構。所述結構包括由第一金屬材料形成的區域、由第二金屬材料形成的第一芯部區域和由第三金屬材料形成的第二芯部區域。所述第一芯部區域與所述區域具有界面接觸。所述第二芯部區域與所述第一芯部區域具有界面接觸。所述多元素催化劑結構包括鉑(Pt)、第一金屬M_I、第二金屬M_II和第三金屬M_III。所述第一金屬M_I被配置為增強Pt的催化活性。所述第二金屬M_II被配置為增強所述多元素催化劑結構的穩定性。所述第三金屬M_III被配置為增強Pt、第一金屬M_I、第二金屬M_II和/或第三金屬M_III之間的共價結合。

技術領域

本發明涉及用于燃料電池，例如聚合物電解質膜燃料電池的多元素催化劑結構。

背景技術

燃料電池已經顯示出有望成為車輛和其它運輸應用的替代動力源。燃料電池通過可再生能源載體如氫氣來工作。燃料電池還在沒有有毒排放或溫室氣體的情況下工作。廣泛采用和使用這種清潔且可持續技術的當前限制之一是所述燃料電池堆相對昂貴的成本。燃料電池的陽極和陰極二者的催化劑層中都包含催化劑材料(例如鉑催化劑材料)。所述催化劑材料是燃料電池堆中最昂貴的組件之一。

發明內容

根據一個實施方案，公開了多元素催化劑結構。所述多元素催化劑結構包括由第一金屬材料形成的區域、由第二金屬材料形成的第一芯部區域和由第三金屬材料形成的第二芯部區域。所述第一芯部區域與所述區域具有界面接觸。所述第二芯部區域與所述第一芯部區域具有界面接觸。所述多元素催化劑結構包含鉑(Pt)、第一金屬M_I、第二金屬M_II和第三金屬M_III。所述第一金屬M_I被配置為增強Pt的催化活性。所述第二金屬M_II被配置為增強所述多元素催化劑結構的穩定性。所述第三金屬M_III被配置為增強Pt、第一金屬M_I、第二金屬M_II和/或第三金屬M_III之間的共價結合。

根據另一個實施方案，公開了多元素催化劑結構。所述多元素催化劑結構包括由第一金屬材料形成的區域、由Pt形成的第一芯部區域和由Co形成的第二芯部區域。所述第一芯部區域與所述區域具有界面接觸。所述第二芯部區域與所述第一芯部區域具有界面接觸。

在又一個實施方案中，公開了燃料電池。所述燃料電池包括聚合物電解質膜(PEM)。所述燃料電池還包括分別包含第一和第二載體以及第一和第二催化劑材料的第一和第二電極催化劑層。PEM位于所述第一和第二電極催化劑層之間。所述第一和/或第二催化劑材料包含多個多元素催化劑顆粒。所述多個多元素催化劑顆粒中的每一個包括由第一金屬材料形成的區域、由第二金屬材料形成的第一芯部區域和由第三金屬材料形成的第二芯部區域。所述第一芯部區域與該區域具有界面接觸。所述第二芯部區域與所述第一芯部區域具有界面接觸。所述多元素催化劑結構包含鉑(Pt)、第一金屬M_I、第二金屬M_II和第三金屬M_III。所述第一金屬M_I被配置為增強Pt的催化活性。所述第二金屬M_II被配置為增強所述多元素催化劑結構的穩定性。所述第三金屬M_III被配置為增強Pt、第一金屬M_I、第二金屬M_II和/或第三金屬M_III之間的共價結合。

附圖簡述

圖1是燃料電池的示意性側視圖。

圖2是計算平臺的示意圖，其可用于實施一個或多個實施方案的DFT算法、計算和/或方法學。

圖3A至3F描繪了用于燃料電池的不同催化劑層結構的示意圖。

圖4A至圖4F描繪了用于燃料電池的Co摻雜的Pt催化劑模型的示意圖。