[发明专利]一种燃料电池负载型催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池负载型催化剂及制备方法。一种负载型催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)先将二亚硝基二氨铂按质量比浓度1～5％分散在硝酸溶液中，再加入乙醇，分散均匀，通入氮气，然后加热至95～100℃，保温回流3～7h，冷却至室温，得前驱体溶液；(2)将碳载体分散在硝酸溶液中，然后按催化剂铂担量为20～60wt％加入步骤(1)制备的前驱体溶液中，再加入还原剂，通入氮气，加热至95～100℃，保温回流2～6h，得到沉淀即为所制备的产物；(3)将步骤(2)得到的产物进行抽滤洗涤、干燥，得负载型催化剂。本发明的方法反应体系为水相，工艺简单，制备过程无氯不含有机溶剂，为催化剂提供了一种有效的绿色水系制备方法。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池负载型催化剂及制备方法。

背景技术

燃料电池将燃料与氧气的化学能转化电能。燃料电池包含作为核心部件的膜-电极-组件(MEA，即Membrane-Electrode-Assembly)，其是由传导离子(通常为传导质子)的膜和分别布置在该膜的两侧各一个的催化电极(阳极和阴极)构成的结构。催化电极大多包含负载的贵金属，特别是铂。气体扩散层(GDL，即Gas-Diffusion-Layer)可以布置在膜-电极-组件的两侧，在电极的背离膜的侧面上。通常，燃料电池由多个堆叠的MEA形成，其电功率相加。在各个膜-电极-组件之间通常布置双极板(也称为流场板或隔板)，其确保向各个单电池供应运行介质(即反应物)并且通常也用于冷却。另外，双极板与膜-电极-组件之间能够接触导电。

在燃料电池的运行中，燃料(阳极运行介质)，特别是氢气或含氢气的气体混合物，通过双极板的阳极侧开放流场供应到阳极，其中将氢气氧化成H⁺并且释放出电子。H⁺经由电解质或将反应室气密性相互分离开并且电绝缘的膜从阳极室输送到阴极室中。电子通过外电路传导到阴极。经由双极板的阴极侧开放流场向阴极供应氧气或含氧气的气体混合物作为阴极运行介质，从而将O₂通过吸收电子还原成O^2-(1/2O₂+2e^-→O)。同时，氧负离子在阴极室中与经由膜输送的质子反应以形成水(O^2-+2H⁺→H₂O)。

电极催化剂是质子交换膜燃料电池的关键材料之一。铂作为催化剂的主体，无论是对阴极的氧化反应，还是对阳极的还原反应都有很好的催化性能；同时，采用碳作为催化剂的载体，将纳米级的催化剂金属颗粒负载到其上，以提高催化剂的效率，降低催化剂的成本。

授权公告号为CN103119765B的专利文献公开了燃料电池用负载催化剂、其制造方法及燃料电池，该发明提供显示出高活性的燃料电池用负载催化剂及其制造方法，并且提供具备这样的燃料电池用负载催化剂的燃料电池。该发明的燃料电池用负载催化剂具备导电性载体和负载在所述导电性载体上、含有铂且使用惰性气体熔化-非分散红外线吸收法测定而得到的氧浓度被抑制在4wt％以下的催化剂粒子。

授权公告号为CN101890347B的专利文献公开了一种质子交换膜燃料电池负载型催化剂的制备方法。在反应器中，将碳载体与金属活性组分的可溶性前驱体分散到水与乙二醇的混合溶剂中，搅拌加热到70℃～90℃，然后加入甲醛溶液，并在70℃～90℃下搅拌2～3小时，得到含有固体产物的溶液；过滤，淋洗，干燥，焙烧，得到质子交换膜燃料电池负载型催化剂。

因此，开发燃料电池用催化剂的制备方法对于燃料电池具有重要的意义。

发明内容

为了开发一种方法简单、反应条件温和、无需添加表面活性剂的负载型催化剂的制备方法，本发明提供一种燃料电池用负载型催化剂的制备方法。

一种燃料电池负载型催化剂的制备方法，包括以下步骤：