[发明专利]一种用于直接甲醇燃料电池催化剂的制备方法及直接甲醇燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种用于直接甲醇燃料电池的催化剂的制备方法及直接燃料甲醇电池。

背景技术

直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池中的一种变种，其直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，以空气或氧气为氧化剂，使化学能直接转化为电能，而不需要通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。甲醇在阳极转换为二氧化碳、质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子通过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功，从而使得化学能转化成了电能。直接甲醇燃料电池是一种将化学能连续不断地转化为电能的可再生清洁能源，具有体积小、燃料使用便利、理论能量转化效率高、运行安全方便、发电时间持久、洁净环保、低温快速启动等优点，使得其在汽车以及便携式电子装置的电源方面具有很大的潜力。

直接甲醇燃料电池采用甲醇为燃料，在甲醇的氧化过程中会生成多种中间物和副产物，如甲醇脱质子形成的各种CO类物种，其很容易被催化剂吸附，且难以脱附，在催化剂表面逐渐积累，占据催化剂活性位点，降低了催化剂的利用率，甚至使催化剂严重中毒引起失效，阻碍了甲醇的进一步吸附和脱质子反应，切断了反应的连续性。甲醇氧化所产生的毒性中间体CO会导致直接甲醇燃料电池阳极产生较高的过电位。

为了提高催化剂的催化活性和抗CO毒性的能力，现有技术将催化剂负载于载体上，并对其进行修饰，提高其负载催化剂的能力，使得催化剂的催化活性和抗CO毒化性能均有了较大的提高。如现有技术中公开了一种对Pt基催化剂碳载体进行修饰改性的方法，该方法以碳黑粉作为催化剂的载体，首先采用质子导电聚合物电解质，即全氟磺酸对碳黑粉进行修饰，将得到的载体作为直接甲醇燃料电池的Pt-Ru催化剂。其目的是延长了催化剂金属粒子和质子导电介质之间的界面面积，使得到的直接甲醇燃料电池表现出优越的性能，对于催化剂的活性剂抗CO毒化性能均有很大的提高（C.H.Park,M.A.Scibioh,H.-J.Kim,I.-H.Oh,S.-A.Hong,H.Y.Ha.Journal of Power Sources,2006,162:1023~1028.）。但是，在对催化剂的修饰的过程中，需要对得到的催化剂载体其进行后处理，即热处理步骤，操作过程复杂，不利于大规模合成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于直接甲醇燃料电池的催化剂的制备方法，本发明提供的方法步骤简单，利于大规模工业生产，且本发明提供的方法得到的催化剂对甲醇具有较高的催化活性，具有较高的抗CO毒性的能力。

本发明提供了一种用于直接甲醇燃料电池的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a）将碳基材与高锰酸钾在水中进行氧化还原反应，得到碳基催化剂载体；

b）将所述步骤a）得到的碳基催化剂载体和活性物质前驱体混合，反应后得到用于直接甲醇燃料电池的催化剂。

优选的，所述碳基材为活性炭，碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。

优选的，碳基材与所述高锰酸钾的质量比为80:（0.5~8）。

优选的，所述水为电阻率不小于18.2MΩ·cm的去离子水。

优选的，所述氧化还原反应的时间为1h~10h。

优选的，所述活性物质前驱体为贵金属离子。

优选的，所述活性物质前驱体为铂离子、金离子、钌离子或银离子中的一种或多种。

优选的，所述碳基催化剂载体与所述活性物质前驱体的质量比为1:（1~10）。

优选的，所述步骤b）具体为：

b1）将所述步骤a）得到的碳基催化剂载体和活性物质前驱体溶液混合，得到混合溶液；

b2）所述步骤b1）得到的混合溶液中加入还原剂，反应后得到用于直接甲醇燃料电池的催化剂。

本发明提供了一种直接甲醇燃料电池，包括甲醇阳极、氧阴极、催化剂和质子交换膜，其特征在于，所述催化剂为上述技术方案所述制备方法得到的用于直接甲醇燃料电池的催化剂。