[发明专利]质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了质子交换膜燃料电池用催化剂，包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属组分，所述金属组分为铂和助剂金属，所述催化剂中铂的质量百分含量为40％～60％，助剂金属的质量百分含量为2％～6％，所述助剂金属为铁、钴、镍或铜。此外，本发明还提供一种制备上述催化剂的方法，该催化剂在电化学性能测试中，性能稳定，炭黑载体为通过与甘氨酸、L‑半胱氨酸或β‑丙氨酸混合球磨再高温处理后的炭黑载体，炭黑载体中掺入氮元素，表面负载的金属组分分散更为均匀且金属组分与炭黑载体结合强度更高。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能由于具有高能量密度无污染排放的特性广泛应用于氢燃料电池汽车，质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、室温下启动速度快、体积小、无电解液损失、容易排水、寿命长、比功率和比能量高等突出优点，是目前车用动力新能源电池首选，由于腐蚀的存在，质子交换膜燃料电池的重要组成部分—催化剂的活性和稳定受到极大影响。

公开日为2020年1月3日，申请号为CN 110649272 A的中国专利申请文件中公开了一种质子交换膜燃料电池用催化剂的制备工艺并公开了经活性碳的强化活化处理、铂颗粒的还原负载、联合提纯、干燥、多级破碎和热处理后制得质子交换膜燃料电池用催化剂；公开日为2019年11月12日，申请号为CN 110444781 A的中国专利申请文件中公开了一种燃料电池催化剂的制备方法并公开了经载体和铂源混合、调节pH、喷雾反应、过滤和喷雾干燥制得燃料电池催化剂，上述两个专利中公开的催化剂均具有电化学活性差的缺陷。公开日为2019年8月23日，申请号为CN110165233 A的中国专利申请文件中公开了质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法，并具体公开了先制备Pt-M三元合金颗粒再负载于载体上制得质子交换膜燃料电池催化剂，但制备过程复杂且载体表面金属颗粒分散不均匀。因此，研究并开发一种保证活性的同时性能更稳定的催化剂，是解决上述问题的有效手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法。本发明提供一种包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属组分的质子交换膜燃料电池用催化剂，金属组分为铂和助剂金属，铂的质量百分含量为40％～60％，助剂金属的质量百分含量为2％～6％，所述助剂金属为铁、钴、镍或铜，该催化剂在电化学性能测试中性能稳定。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池用催化剂，其特征在于，包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属组分，所述金属组分为铂和助剂金属，所述催化剂中铂的质量百分含量为40％～60％，助剂金属的质量百分含量为2％～6％，所述助剂金属为铁、钴、镍或铜。

上述的质子交换膜燃料电池用催化剂，其特征在于，所述炭黑载体为预处理后炭黑载体，预处理的方法包括将炭黑用超纯水洗涤至滤液电导率＜4δ/cm²，烘干，与固体预处理剂混合球磨后于500℃～800℃温度条件下进行处理；所述固体预处理剂为甘氨酸、L-半胱氨酸或β-丙氨酸。

此外，本发明还提供一种制备上述的质子交换膜燃料电池用催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将分散剂与含可溶性助剂金属盐的有机溶液混合，得到助剂金属盐溶液；

步骤二、搅拌条件下，向步骤一所述助剂金属盐溶液中滴加还原剂溶液，得到混合体系A；

步骤三、将炭黑载体与步骤二所述混合体系A混合，超声，得到混合浆料B；

步骤四、将铂前驱体滴加到步骤三所述混合浆料B中，搅拌混合，得到混合浆料C；

步骤五、搅拌条件下，向步骤四所述混合浆料C中滴加还原剂溶液，得到混合浆料D；