[發(fā)明專(zhuān)利]一種燃料電池催化劑及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210093920.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114551909A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周賢機(jī);王勝平;劉玉;朱慶權(quán);王雯雯;何廣;孔鶴鵬;陳客舉;唐懷遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江天能氫能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/88
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 沈金龍

本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池催化劑及其制備方法，屬于催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域。將含結(jié)晶水的鉑鹽溶解在乙二醇溶液中，加入堿液調(diào)節(jié)體系pH至堿性，在惰性氣體保護(hù)下加熱反應(yīng)制得鉑膠體溶液；再將碳載體加入有機(jī)溶劑中，形成混合溶液A；將混合溶液A加入到鉑膠體溶液中，惰性氣體保護(hù)下加熱反應(yīng)，冷卻形成混合溶液B；向混合溶液B中加入酸液調(diào)節(jié)體系pH值至酸性，洗滌、抽濾和干燥后即得所述燃料電池催化劑；其中，鉑鹽中的鉑含量與碳載體的質(zhì)量比為2∶2?3。使用乙二醇膠體法制備的鉑碳催化劑，活性高，對(duì)環(huán)境污染小，經(jīng)過(guò)測(cè)試電化學(xué)活性面積高達(dá)99.8m²/g；本發(fā)明制備工藝條件簡(jiǎn)單，操作條件易于控制，并且成本較低，適合批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑制備技術(shù)，具體為一種燃料電池催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

氫燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置。其具有環(huán)境污染小，噪聲低等特點(diǎn)，并被譽(yù)為21世紀(jì)首選的清潔、高效的發(fā)電技術(shù)。氫燃料電池含有陰陽(yáng)兩個(gè)電極，分別充滿電解液，而兩個(gè)電極間則為具有滲透性的薄膜所構(gòu)成。氫氣由燃料電池的陽(yáng)極進(jìn)入，氧氣(或空氣)則由陰極進(jìn)入燃料電池。經(jīng)由催化劑的作用，使得陽(yáng)極的氫原子分解成兩個(gè)氫質(zhì)子(proton)與兩個(gè)電子(electron)，其中質(zhì)子被氧吸引到薄膜的另一邊，電子則經(jīng)由外電路形成電流后，到達(dá)陰極。在陰極催化劑之作用下，氫質(zhì)子、氧及電子，發(fā)生反應(yīng)形成水分子，因此水可說(shuō)是燃料電池唯一的排放物。燃料電池所使用的氫燃料可以來(lái)自于任何的碳?xì)浠衔铩?/p>

催化劑是燃料電池中最基本的構(gòu)成之一，是促使燃料發(fā)生氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電能的驅(qū)動(dòng)力。催化劑占燃料電池成本的40％左右，由此可見(jiàn)催化劑的性能和成本直接影響到了燃料電池的性能和成本。目前，燃料電池中最有效的催化劑仍然是Pt基催化劑。

公開(kāi)號(hào)為CN105789641A的申請(qǐng)專(zhuān)利公開(kāi)了燃料電池、一種鉑碳催化劑及其制備方法，所述制備方法包括：將鉑鹽溶液溶解于乙二醇溶液中以形成第一混合液；將所述第一混合液分散至碳與乙二醇配置成的懸浮液中以形成第二混合液；在堿性環(huán)境下對(duì)所述第二混合液加熱回流以進(jìn)行第一反應(yīng)，然后冷卻并在酸性環(huán)境下進(jìn)行第二反應(yīng)，再恢復(fù)所述第二混合液的中性環(huán)境并干燥后得到所述鉑碳催化劑。其發(fā)明雖然能夠提高鉑碳催化劑的制備效率，但其中鉑碳粒子催化劑的電化學(xué)活性表面積較低，最高僅為75m²/g。

公開(kāi)號(hào)為CN111224112A的申請(qǐng)專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于氫燃料電池的電催化劑制備方法，所述電催化劑是碳載貴金屬制備的催化劑，包括：碳載體預(yù)處理、碳載體氮改性和鉑/碳載體凝膠法合成；將碳載體經(jīng)酸洗后與氮源混合，攪拌、陳化、干燥、在惰性氣體的保護(hù)下焙燒得到功能化的氮改性碳載體，將貴金屬氧化物膠體，加入氮改性碳載體懸濁液，加熱攪拌，再加入還原劑還原得到貴金屬/CNx電催化劑。本發(fā)明制備的電催化劑催化性能和耐久性得到了提升，制備方法方便、環(huán)境友好、易于宏量生產(chǎn)；根據(jù)本發(fā)明工藝技術(shù)路線所合成的電催化劑，相比當(dāng)前現(xiàn)有燃料電池碳催化劑，其氧還原反應(yīng)活性明顯提高，催化劑的耐久性得到了改善，揭示了其發(fā)明工藝技術(shù)所制備的催化劑，N元素對(duì)催化劑的活性有明顯促進(jìn)作用。但其發(fā)明在耐久測(cè)試實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)后催化劑的電化學(xué)表面積活性不是很高，未能達(dá)到80m²/g。

盡管，有大量關(guān)于非Pt基催化劑的報(bào)告，比如：氮摻雜碳材料、硫摻雜碳材料以及其他過(guò)渡性金屬的改性。但是非Pt催化劑的大規(guī)模生產(chǎn)以及應(yīng)用，還需要走很長(zhǎng)的路。因此，在沒(méi)有找到一種高效可替代的非貴金屬催化劑之前，研制高效的Pt基電催化劑是降低燃料電池成本現(xiàn)實(shí)可行的方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高活性的燃料電池催化劑的制備方法。

本發(fā)明提供了一種燃料電池催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將含結(jié)晶水的鉑鹽溶解在乙二醇溶液中，加入堿液調(diào)節(jié)體系pH至堿性，在惰性氣體保護(hù)下加熱反應(yīng)制得鉑膠體溶液；

(2)將碳載體加入有機(jī)溶劑中，形成混合溶液A；