[發明專利]一種燃料電池用抗反極催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210354200.1
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114864968A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 高佳武;唐雪君;周江峰;王智捷;趙航
• 申請（專利權）人: 東風汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 韋漢

本發明特別涉及一種燃料電池用抗反極催化劑及其制備方法和應用，屬于燃料電池技術領域，催化劑的原料包括：石墨烯和抗反極材料，催化劑為石墨烯和抗反極材料的交聯復合物；采用石墨烯和抗反極材料進行復合，石墨烯的加入能夠使抗反極材料與商用催化劑較好的結合，使CCM的內阻及接觸內阻不會因為弱導電物質的加入而使得性能下降。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，特別涉及一種燃料電池用抗反極催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

質子交換膜燃料電池是以氫氣為燃料，生成水的一種綠色電池，其具有高功率密度、能效高、綠色環保等特點。它可以應用于航天、汽車、輪船等領域，用處頗廣。在汽車領域中，它可作為汽車行駛的動力源。但在汽車的實際行駛過程中，會遇到突然啟停、怠速運行、突然加減載等情況，這就導致氫氣燃料不能及時的供給到MEA上，這會使得MEA出現反極現象，該現象將會對MEA的性能造成巨大損耗，這將直接影響電池的發電能力以及使用壽命。

反極現象一般會造成兩種負面效應。第一種是為了彌補燃料的不足造成質子缺少，無法及時傳輸到陰極，CCM陽極上的碳會發生氧化反應來提供質子，這將造成碳腐蝕，進而使催化劑性能下降。第二種是發生反極現象時，催化劑上的鉑顆粒將急劇變大，這將使鉑的催化能力下降，進而導致電池的性能及壽命下降。

目前解決反極現象一般是通過在CCM的陽極處，加入水電解的催化劑，當氫氣燃料短缺時，通過水電解來替代碳氧化來提供質子，進而達到阻止碳腐蝕的目的，目前常用的策略是在CCM陽極催化層中混入水電解性能較好的釕氧化物與銥氧化物，該手段會增加陽極處的歐姆內阻。

發明內容

本申請的目的在于提供一種燃料電池用抗反極催化劑及其制備方法和應用，以解決抗反極催化劑會增加陽極處內阻的問題。

申請人在研究過程中發現：反極現象一般會造成兩種負面效應。第一種是為了彌補燃料的不足造成質子缺少，無法及時傳輸到陰極，CCM陽極上的碳會發生氧化反應來提供質子，這將造成碳腐蝕，進而使催化劑性能下降。第二種是發生反極現象時，催化劑上的鉑顆粒將急劇變大，這將使鉑的催化能力下降，進而導致電池的性能及壽命下降。

目前解決反極現象一般是通過在CCM的陽極處，加入水電解的催化劑，當氫氣燃料短缺時，通過水電解來替代碳氧化來提供質子，進而達到阻止碳腐蝕的目的，目前常用的策略是在CCM陽極催化層中混入水電解性能較好的釕氧化物與銥氧化物。如中國發明專利申請CN112838227A一種質子交換膜燃料電池抗反極催化劑及其制備方法。其采用的抗反極催化劑的主要成分為Pt/WO₃-Mn，該方案中WO3-Mn的水電解能力即HER活性并不高，并不能很好的達到阻止碳腐蝕的目的。除此之外，WO₃-Mn的引入將較大的增加CCM的接觸電阻，導致電池性能的下降。如中國發明專利申請CN113871629A一種抗反極催化劑、其制備方法及應用，其主要是通過在CCM陽極處加入氧化銥來緩解碳的腐蝕；該方法中，氧化銥的加入會使得CCM陽極處的歐姆內阻增加，并且CCM的發電能力下降，并且銥元素較難獲取，其成本較高，這增加了電池的制造成本。

本發明實施例提供了一種燃料電池用抗反極催化劑，所述催化劑的原料包括：石墨烯和抗反極材料，所述催化劑為石墨烯和抗反極材料的交聯復合物。

可選的，所述抗反極材料包括：非貴金屬硫化物。

可選的，所述非貴金屬硫化物為納米片狀。

可選的，所述石墨烯和非貴金屬硫化物的質量比為1：1-4。

可選的，所述非貴金屬硫化物的原料包括：氯化亞錫、生成劑和剝離劑。

可選的，所述氯化亞錫、生成劑和剝離劑的質量比為1：4-8：2-5。

可選的，所述生成劑包括TAA。