[发明专利]用质子交换膜和液体电解质电池处理纳米颗粒的方法

说明书

本申请是分案申请，其母案的申请日为2008年12月11日、申请号为200810191163.7，名称为“用质子交换膜和液体电解质电池处理纳米颗粒的方法”。

技术领域

本发明一般涉及的领域包括处理纳米颗粒的方法。

背景技术

大量纳米颗粒的电化学处理，包括纳米颗粒的涂敷、剥离、氧化、还原、清洗、脱合金成分等，久已是该技术在许多领域如燃料电池、电池和非均相催化中更广泛应用的技术屏障。迄今为止，上述电化学处理已经导致了纳米颗粒的不均匀处理。

发明内容

本发明的一个实施方式包括一种使用电化学电池的方法，该电化学电池包括液体电解质、其上支撑有纳米颗粒的工作电极、对电极以及完全分离工作电极侧的液体电解质和对电极侧的液体电解质的聚合物电解质膜。

本发明的其它示例性实施方式通过以下提供的详细描述而变得显而易见。应当理解，尽管公开了本发明的示例性实施方式，但该详细描述和实施例只是例示的目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本发明的示例性实施方式将从详细描述和所附附图中得以更充分的理解，其中：

图1图示了根据本发明一实施方式的电极化学电池。

图2是本电池设计和普通电化学电池得到的支撑在石墨化碳上的铂在1.2V(RHE)的预氧化曲线对照图示。

图3是包含在石墨化碳上1.4V预处理的Pt作为阴极催化剂的膜电极组装(MEAs)和在石墨化碳上未处理的Pt催化剂的MEAs的燃料电池性能数据的对照图示。

图4图示了根据本发明的一实施方式的多电池。

具体实施方式

下列实施方式的描述本质上仅仅是示例，决不旨在限制本发明、其应用或用途。

图1图示了根据本发明的一实施方式的电化学电池10，该电化学电池10可包括容纳液体电解质14的容器12。该液体电解质14可为含水的酸溶液，例如包括高氯酸、硫酸或磷酸。该液体电解质也可为任意的盐溶液，像硫酸铜、硫酸铅、硝酸铜或盐溶液和酸溶液的组合。容器12可由任意种类的材料例如PTFE、玻璃或其它耐酸材料制成。电化学电池10可包括工作电极16和对电极22。工作电极16和对电极22的适合材料包括但不限于金属如Pt、Au或石墨。工作电极16和对电极22可为网状形式。该网状材料起到了增大接触面积并减少质量输运阻力的作用。电化学电池10包括待处理的纳米颗粒20，其可分布在基底材料18如第一碳布上。纳米颗粒20是导电的且可以是固体颗粒、具有空芯的壳体或成束的聚集颗粒。例如，纳米颗粒20可包括但不限于碳、Pt或Pt合金、Ni或其它金属、TiO₂、或导电壳体。第一碳布18的作用是增大纳米颗粒和支撑材料之间的接触面积。支撑材料或第一碳布18进一步由工作电极16支撑，工作电极可为网状材料，包括例如铂、金或石墨。第二铂网和第二碳布24用作对电极。对电极可包含分布到该碳布上的一层Pt/C纳米颗粒或铂黑。这些Pt/C纳米颗粒的作用是增大对电极22的活性表面面积。根据发生在对电极22上的电化学反应，对电极的材料也可为Cu、Pb、Ag或其它金属或金属合金。对网状工作电极16、覆盖其上的第一碳布18和网状对电极22以及在其下的第二碳布24的布置减小了电池内的电阻，所述电阻会使得工作电极16和对电极22上的电压分布不均匀。在厚度方向的电阻非常小。

聚合物电解质膜26插入支撑材料18和对电极22之间，以使聚合物电解质膜用来分离电池10的工作电极室7和对电极室9，其中聚合物电解质膜26将电池10的工作电极室7中的液体电解质14与对电极室9中的液体电解质14完全分离。第二碳布24可插入对电极22和聚合物电解质膜26之间，第二碳布24的作用是减小铂网施加在膜上的应力。在包括一层Pt/C纳米颗粒或铂黑作为对电极22的一部分的情况下，第二碳布同时也起支撑Pt/C纳米颗粒的作用。

在本发明的一实施方式中，工作电极16、第一碳布18、纳米颗粒20、膜26和非必需的第二碳布24以及对电极22全部由容器12支撑。这防止了对材料如膜26的损坏。