[发明专利]燃料电池催化剂载体其制备方法及电池电极

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池催化剂载体及其制备方法、燃料电池的电极以及燃料电池催化剂溶液的制备方法。其中，该燃料电池催化剂载体包括二氧化钛金属惨杂物，所述二氧化钛金属掺杂物中包含铌元素。本发明制备得到的燃料电池催化剂载体一方面克服了的二氧化钛或Nb掺杂二氧化钛载体材料在导电性不足的缺点；另一方面，TaNbTiO₂材料承载的铂合金催化剂（PtPd/TaNbTiO₂）相对于现有常用的催化剂，其在燃料电池电化学测试条件稳定更高。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池催化剂载体及其制备方法、燃料电池的电极以及燃料电池催化剂溶液的制备方法。

背景技术

氢质子交换膜燃料电池(PEMFCs,Proton Exchange Membrane Fuel Cell)作为最先进的燃料电池技术，能有效地将氢转换为电能大规模地运用到汽车、分布式发电设备与便携的电子应用领域，已经成为我国能源应用中重要战略之一。然而，氢质子交换膜燃料电池由于其电池中昂贵的铂成本(铂催化剂在电堆中占总成本接近55％)和阴极慢的氧还原反应(ORR)极大地限制了PEMFCs商业化发展。因此，为了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化，降低成本和提高性能已经成为大量研究工作的重心。

为了提高铂催化剂的催化性能和降低其相应的成本，现有技术中两个方面的工作正在进行:一方面,通过铂合金的形式来实现成本的降低和催化性能的提高；另一方面，以一些非碳载体材料,例如氮化物，碳化物，过渡金属氧化物或者氧化物/碳的复合物等作为替代碳材料来作为铂催化剂的载体材料。

发明人在实现本发明的过程中发现:同碳材料相比，上述非碳材料在充当新的铂催化剂的载体材料时,常常因为比表面积小、孔隙率低、电子导电率差、溶解性不好，电化学和热稳定性差等缺点而很难提高催化剂的活性与稳定性。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种燃料电池催化剂载体及其制备方法、燃料电池的电极以及燃料电池催化剂溶液的制备方法，其旨在解决现有燃料电池催化剂载体电子导电率差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种燃料电池催化剂载体，包括二氧化钛金属惨杂物，所述二氧化钛金属掺杂物中包含铌元素。

可选地，所述二氧化钛金属掺杂物中铌元素的掺杂含量为在6at％。

可选地，所述二氧化钛金属掺杂物为二氧化钛单金属惨杂物，所述二氧化钛单金属惨杂物具体为NbTiO₂。

可选地，所述二氧化钛金属掺杂物中还包含钛元素。

可选地，所述二氧化钛金属掺杂物为二氧化钛双金属惨杂物，所述二氧化钛双金属惨杂物具体为TaNbTiO₂。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种燃料电池的电极，包括分散在二氧化钛载体上的催化剂，所述二氧化钛载体为上述燃料电池催化剂载体。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种制备上述燃料电池催化剂载体的制备方法，包括如下步骤：

将乙醇铌加入到盐酸中，搅拌溶解后，加入钛的氧化物，继续搅拌溶解，得到铌、钛的前驱体溶液；将所述铌、钛的前驱体溶液进行蒸发，或者加入丁醇钽再进行蒸发，以得到初步成型的金属惨杂物；将所述初步成型的惨杂物洗涤、干燥后进行保温获得目标金属惨杂物。

可选地，所述盐酸的浓度为12mol/L。

可选地，所述在高温炉中进行保温的保温条件为：在400℃和流动速率为300ml/min的氢气氛围下，保温24小时。