[發(fā)明專利]一種燃料電池用催化劑及其制備方法和燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111551768.4
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114497603B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂海峰;瞿威;李婷雅
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳航天科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;H01M4/90;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11473
• 代理人: 丁晴晴

本發(fā)明提供了一種燃料電池用催化劑及其制備方法和燃料電池，所述催化劑的制備方法包括：合成內(nèi)核金屬顆粒；將所述內(nèi)核金屬顆粒溶解在金屬前驅(qū)體鹽混合溶液中，并加入還原劑，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熱解還原反應(yīng)，得到具有納米線核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒；其中，所述熱解還原反應(yīng)的溫度為200?230℃；將所述納米顆粒負(fù)載到載體上，并進(jìn)行后處理，得到燃料電池用催化劑。本發(fā)明一步制備得到具有核殼結(jié)構(gòu)以及納米線結(jié)構(gòu)的新型催化劑，工序簡便，且納米線結(jié)構(gòu)直接在納米殼表面長出，納米線不易從核殼結(jié)構(gòu)表面脫落，穩(wěn)定性更強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種燃料電池用催化劑及其制備方法和燃料電池。

背景技術(shù)

燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒直接將燃料的化學(xué)能以電化學(xué)反應(yīng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡單和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車、便攜式電源及固定電站等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程還受到了成本和耐久性制約，而其所使用的貴金屬催化材料是造成燃料電池成本高和穩(wěn)定性差的主要原因之一。

目前，質(zhì)子交換膜燃料電池主要使用Pt基貴金屬催化劑，然而，由于Pt催化劑存在價格高昂、儲量有限以及因在燃料電池工作環(huán)境中易腐蝕的特點(diǎn)而降低起穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，因此極大地限制了Pt催化劑的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。針對上述問題，近年來現(xiàn)有技術(shù)主要使用合成具有核殼結(jié)構(gòu)的Pt合金納米顆粒等手段以降低Pt貴金屬用量和提高Pt催化劑穩(wěn)定性，然而，上述方法對Pt催化劑催化穩(wěn)定性的提升有限，并且傳統(tǒng)催化劑中球形的Pt合金納米顆粒與載體表面之間只有一個接觸點(diǎn)，結(jié)合力有限，使催化劑的穩(wěn)定性受到限制，難以適用于對催化活性以及穩(wěn)定性較高的應(yīng)用場景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有Pt催化劑催化活性和穩(wěn)定性較差，不能滿足實際應(yīng)用需求。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種燃料電池用催化劑的制備方法，包括如下步驟：

合成內(nèi)核金屬顆粒；

將所述內(nèi)核金屬顆粒溶解在金屬前驅(qū)體鹽混合溶液中，并加入還原劑，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熱解還原反應(yīng)，得到具有納米線核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒；其中，所述熱解還原反應(yīng)的溫度為200-230℃；

將所述納米顆粒負(fù)載到載體上，并進(jìn)行后處理，得到燃料電池用催化劑。

較佳地，所述還原劑的體積與所述內(nèi)核金屬顆粒的質(zhì)量之比為1:20-100。

較佳地，所述金屬前驅(qū)體鹽混合溶液的配置步驟包括：

在惰性氣體保護(hù)下，將油酸鈉加入十八烯溶液中，在180℃下溶解后，降溫至60℃，得到第一溶液；

將金屬前驅(qū)體鹽、油胺和油酸加入所述第一溶液中，將溫度升至115℃，得到所述金屬前驅(qū)體鹽混合溶液。

較佳地，所述還原劑包括羰基鐵、羰基鈷或者羰基鎳。

較佳地，所述金屬前驅(qū)體鹽包括乙酰丙酮鉑、氯鉑酸、氯金酸、氯化金、乙酰丙酮鎳或者乙酰丙酮鈷。

較佳地，所述內(nèi)核金屬顆粒包括金、釕、鈀、銠、銥、鎳、鈷、錳、銅、錫、釩、鎵和鉬中的任意一種或多種。

較佳地，所述后處理包括：將負(fù)載有所述納米顆粒的載體在空氣、氮?dú)夂蜌涞旌蠚庵械囊环N或多種氣氛下煅燒，其中，煅燒溫度為185-400℃，所述氫氮混合氣中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為5％。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的燃料電池用催化劑的制備方法具有以下優(yōu)勢：