[发明专利]一种燃料电池阳极抗反极催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池阳极抗反极催化剂及其制备方法，该催化剂包括载体和活性组分，所述载体为锡氧化物，所述活性组分包括铱氧化物。制备方法包括如下步骤：（a）将锡氧化物、铱源、助溶剂以及溶剂混合均匀，得到第三溶液；（b）搅拌状态下，在所述第三溶剂中滴加氨水，然后在搅拌状态下加热，直至溶剂蒸干，得到固体结晶；（c）将所述固体结晶研磨、煅烧，然后置于水中，最后依次经过滤、洗涤、干燥、研磨之后，得到所述燃料电池阳极抗反极催化剂。本发明制备的SnO₂金属氧化物载体，导电性优异，耐久性好；铱氧化物负载工艺简便，含量低，掺杂该催化剂后，燃料电池膜电极抗反极性能明显增强。

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阳极抗反极催化剂及其制备方法。

背景技术

当今世界，化石能源资源逐渐枯竭，环境问题日趋严重，发展绿色清洁的新能源和可再生能源已成为当今社会的重要话题。太阳能、风能、氢能等新能源具有可持续性、环境友好等优势，受到了广泛的关注。燃料电池作为高效、清洁的能量转化技术和装置，已成为热门的新兴能源技术之一，其在交通运输、便携式发电、固定式发电等领域有着广阔的应用前景。

目前燃料电池阳极一般采用碳载铂贵金属催化剂，在电堆系统运行过程中，容易发生因氢气欠气发生反极现象，反极时会发生水电解和碳腐蚀，其中水电解反应发生的快。碳腐蚀发生时，催化剂颗粒脱落团聚，导致催化剂的电化学活性面积减小，也会改变三相界面处的结构。另外，局部热点，可能会造成膜穿孔，正负极短接等，导致膜电极损坏。

目前，有研究将一些贵金属掺杂在Pt/C催化剂内，如Ir、Ni、Sn、Ge、Ti等，但是，这类催化剂中，金属都是以0价的单质形式存在，在使用时不稳定，容易在电池变载运行过程中发生溶解析出，导致催化剂活性下降明显。

因此，本领域急需一种能够抗反极且效果稳定的催化剂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池阳极抗反极催化剂。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种燃料电池阳极抗反极催化剂，所述催化剂包括载体和活性组分，所述载体为锡氧化物，所述活性组分包括铱氧化物。

现有的掺杂型Pt-Ir/和Pt-Sn/C属于合金催化剂，铱和锡在催化剂中以0价态的形式存在于催化剂中，并且由于采用负载型制备方式，铱和锡的负载量在催化剂中较小，并且由于和Pt一同存在，因此在添加于催化剂的过程中，不易调整铂与铱或者锡的质量比，不能很好把控铱或者锡的添加量，而本申请制备的IrOx/SnO2是以单质的形态，和Pt/C催化剂一起添加到浆料中，可按照实际需求调整铱的添加量，这样操作可控性更强。

另外，本申请的催化剂为IrOx/SnO2，其铱主要以氧化物形态存在，且经过高温煅烧，这使得其在高电位下耐久性更强，抗反极作用更稳定。而Pt-Ir/C或者Pt-Sn/C虽然在抗反极过程中有一定的作用，但是0价态的Ir或者Sn不稳定，容易在电池变载运行过程中发生溶解析出，导致催化剂活性下降明显。

在第一方面的一种实施方式中，所述锡氧化物为SnO₂，且所述锡氧化物的制备方法如下：

（1）将锡源溶液溶于水，制得第一溶液；将碱溶于水，制得第二溶液；

（2）搅拌状态下，在第一溶液中滴加第二溶液，并持续搅拌使之反应；

（3）反应结束后依次进行过滤、清洗、干燥、煅烧，得到所述锡氧化物。

本申请采用共沉淀发生制备SnO₂氧化物，是因为该方法操作简单，经济实惠，且容易实现放大试验；此外，该方法制备的SnO₂比表面积较大，这使得能够负载较高载量的IrOx，并使其在载体表面分散均匀；经过热处理后晶型更稳定，使得其在负载氧化铱后耐久性有所提升。