[發明專利]一種質子交換膜燃料電池抗反極陽極Pt/WO3

有效

• 申請號: 202110098107.4
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112838227B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 宋微;李詠煥;姜廣;俞紅梅;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 張玉瑩;李馨

本發明公開了一種質子交換膜燃料電池抗反極催化劑及其制備方法。所述催化劑制備方法為：首先通過水熱法制備WO₃?Mn載體，然后于WO₃?Mn載體上通過多元醇回流法負載Pt，得到Pt/WO₃?Mn催化劑。基于本發明提供的催化劑所制備的質子交換膜燃料電池抗反極性能顯著提高，非碳催化劑載體的使用能夠有效避免反極造成的碳載體腐蝕，從而保護了催化層結構，有利于提高電池耐久性。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及一種燃料電池抗反極性能顯著的陽極催化劑及其制備方法，能夠有效避免燃料電池反極期間造成的碳腐蝕，從而保護催化層結構，提高了燃料電池的耐久性。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)因其高功率密度、高效率和零排放的特點而作為燃料電池電動汽車的高效清潔電源受到了廣泛關注。為了使汽車燃料電池在商業上可行，必須解決成本、性能和耐用性三大挑戰。

在PEMFC的正常運行中，耐久性問題主要出現在陰極，因為在陰極的工作電位下會發生碳氧化和鉑聚集。然而，在燃料不足的情況下，耐久性問題主要由陽極引起。燃料短缺的原因有很多，例如水淹、快速變載、低溫啟動等。此時水與碳載體反應，導致碳氧化。陽極的電勢超過陰極電勢，電池電壓變成負值這就是“反極”。在反極期間，Pt催化劑可能會從碳載體上脫落，催化層結構可能會塌陷，傳質出現問題，從而導致燃料電池性能的災難性故障。此外，局部的高熱量會使質子交換膜造成針孔，導致PEMFC斷路，氫氣和氧氣混合引起火災或爆炸。

基于此，人們提出了耐逆轉陽極的概念，通過在陽極催化層中引入電解水催化劑，在碳腐蝕反應發生之前就將水分解，從而達到保護碳載體的目的。但是電解水催化劑一般都是貴金屬，本身價格較為昂貴，儲量較少，會增加電堆的成本。

CN111029599A公開了一種燃料電池抗反極催化劑及其制備方法，所述催化劑為氧化銥復合鈮摻雜的二氧化鈦納米催化劑，該發明提供的催化劑能夠有效緩解燃料電池陽極側在反極時的碳載體腐蝕和鉑顆粒團聚，添加該發明提供的催化劑的電池抗反極時間得到延長。但是該催化劑制備過程繁瑣，需要氫氣高溫還原，存在一定隱患。并且氧化物的導電性較差，會導致高電流密度下出現傳質問題。

發明內容

基于以上技術問題，本發明側重于抗反極催化劑的成分、制備方法及使用，旨在使用新的抗反極催化劑載體來避免反極期間碳腐蝕的發生，從而保護催化層結構和催化劑鉑顆粒，提高燃料電池的耐久性。

本發明旨在提供一種質子交換膜燃料電池使用的抗反極催化劑及其制備方法，能夠在頻繁多次反極之后，使電池保持較高的性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一方面，本發明提供一種燃料電池抗反極催化劑，所述抗反極催化劑銥Pt為活性組分，Mn摻雜的WO₃為載體，其中，Mn也作為反極過程中水電解活性組分。

基于以上技術方案，優選地，所述Mn和WO₃的質量比重為0.01～0.5，優選為0.01～0.3；所述Pt與WO₃-Mn的質量比重為0.1～0.5，優選為0.4；所述WO3-Mn催化劑載體的形貌為棒狀，直徑為50～100nm。

另一方面，本發明提供一種上述的抗反極催化劑的制備方法，所述方法為水熱法制備的WO₃-Mn載體以及多元醇回流法制備的Pt/WO₃-Mn催化劑。

所述水熱法具體包括如下步驟：

步驟一：稱取一定量鎢前驅體，錳前驅體和氯化鈉溶解于去離子水中，然后攪拌直至形成白色乳液，得到溶液1；

步驟二：在所述溶液1中滴加一定量且一定濃度的鹽酸溶液，直至溶液的pH達到1～2,同時攪拌至溶液變為澄清，得到溶液2；