CN101183718B - 用于燃料电池的阴极催化剂、其制备方法以及包含它的膜电极组件和燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料电池的阴极催化剂，包括平均粒度小于或等于6nm的Ru-Se合金。该Ru-Se合金是无定形催化剂。膜电极组件和燃料电池系统包含该阴极催化剂。用于燃料电池的催化剂通过以下方法进行制备：干燥包含水溶性钌前体的钌溶液，得到第一干燥产物；对第一干燥产物进行第一次热处理，得到热处理产物；向热处理产物中加入包含水溶性Se前体的Se溶液，得到混合物；干燥该混合物，得到包含钌和硒的第二干燥产物；及对第二干燥产物进行第二次热处理。

Description

用于燃料电池的阴极催化剂、其制备方法以及包含它的膜电极组件和燃料电池
技术领域
本发明的若干方面涉及一种用于燃料电池的阴极催化剂，包含它的燃料电池的膜电极组件和燃料电池系统。更具体地，本发明的若干方面涉及一种具有高催化活性的阴极催化剂，以及包含它的膜电极组件和燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是一种通过氧化剂和氢，具体地为包含在诸如甲醇、乙醇或天然气的烃-基材料中的氢的电化学氧化还原反应产生电能的发电系统。
这种燃料电池是一种可以代替使用矿物燃料的能量系统的清洁能量系统。一般的燃料电池包括由单元电池构成的电池组，并且产生各种范围的功率输出。因为燃料电池具有比小型锂电池高四至十倍的能量密度，所以已经促进燃料电池作为小的便携式电源。
典型的示例性燃料电池包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接氧化燃料电池(DOFC)。所述直接氧化燃料电池包括利用甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池。
所述聚合物电解质燃料电池虽然具有高能量密度和大功率的优点，但是也具有许多问题，例如需要谨慎地处理氢气和需要辅助设备如为了产生用作燃料气体的氢气而重整甲烷或甲醇、天然气等的燃料重整处理器。
另一方面，直接氧化燃料电池具有比聚合物电解质燃料电池低的能量密度，但是其具有容易处理、低工作温度和无需额外燃料重整处理器的优点。
在上述的燃料电池系统中，发电的电池组一般包含几个至几十个彼此靠近堆叠的单元电池，并且每个单元电池都由膜电极组件(MEA)和隔板(也被称为双极板)构成。所述膜电极组件由阳极(也被称为“燃料电极”或“氧化电极”)和阴极(也被称为“空气电极”或“还原电极”)构成，所述阳极和阴极被聚合物电解质膜分隔。
在一般的燃料电池系统中，燃料被提供给阳极并且被吸附到阳极催化剂上，在此燃料氧化生成质子和电子。电子通过外电路被转移到阴极，从而产生可使用的电流，而质子则通过聚合物电解质膜被转移到阴极。另外，氧化剂被提供给阴极。氧化剂、质子和电子在有阴极催化剂存在的情况下反应生成水。
发明内容
本发明的一个实施方案提供了具有优良活性的用于燃料电池的阴极催化剂。
本发明的另一实施方案提供了制备催化剂的方法。
本发明的又一实施方案提供了包含所述阴极催化剂的燃料电池的膜电极组件。
本发明的还一实施方案提供了包括所述膜电极组件的燃料电池系统。
根据本发明的一种实施方案，提供了一种用于燃料电池的阴极催化剂，其包括平均粒度小于或等于6nm的Ru-Se合金。
根据本发明的一方面，该Ru-Se合金是无定形催化剂。
根据本发明的一方面，在利用CuK α射线测量的X射线衍射图中，该阴极催化剂具有0.4～1.5的碳峰强度相对于钌峰强度的峰强度比例(I碳峰/I钌峰)。
根据本发明的一方面，该阴极催化剂具有3～5nm的平均粒度。
根据本发明的一方面，该阴极催化剂按100重量份的Ru计包含3～20重量份的Se。
根据本发明的一方面，该阴极催化剂还包括载体，并且按催化剂的总重量计包含10～90％重量的Ru。
根据本发明的另一实施方案，提供了一种制备催化剂的方法。该方法包括干燥包含水溶性钌前体的钌溶液，得到干燥产物；对该干燥产物进行第一次热处理；向热处理产物中加入包含水溶性Se前体的Se溶液，得到混合物；干燥该混合物，得到包含Ru和Se的干燥产物；及对干燥产物进行第二次热处理。
根据本发明的一方面，钌溶液的干燥通过以下方法进行，其中包括钌溶液的第一次干燥，及在真空下第一次干燥的产物的第二次干燥。所述混合物的干燥过程通过以下方法进行，其中包括混合物的第三次干燥，及在真空下第三次干燥的产物的第四次干燥。
根据本发明的一方面，第一次和第二次热处理是在100～450℃的温度下进行的。第一次和第三次干燥过程在70～90℃的温度下进行2～30小时。第二次和第四次干燥过程进行4～9小时。
所述热处理是在选自H2气氛，及H2和N2的混合气氛的还原性气氛下进行的。
根据本发明的另一实施方案，提供了燃料电池的膜电极组件，其包括彼此相对的阳极和阴极以及介于其间的聚合物电解质膜。该阴极包含根据本发明一方面的阴极催化剂或者包括按照本发明一方面的方法制备的阴极。
根据本发明的又一实施方案，提供了燃料电池系统，该燃料电池系统包括发电元件，供给发电元件燃料的燃料供给装置，及供给发电元件氧化剂的氧化剂供给装置，其中该发电元件包括膜电极组件和置于膜电极组件每个侧面的隔板。所述膜电极组件包含根据本发明一方面的阴极催化剂或者包括根据本发明一方面的方法制备的阴极。
本发明的其他方面和/或优点将在以下说明中部分进行阐明，并且部分根据说明书将显而易见，或者可以根据本发明的实施获知。
附图说明
从结合附图的以下实施方案描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将显而易见和更容易理解：
图1为表示根据本发明实施方案的膜电极组件剖面示意图。
图2为表示根据本发明另一实施方案的燃料电池系统的结构示意图。
图3为根据实施例1的阴极催化剂的透射电子显微镜(TEM)照片。
图4为根据实施例2的阴极催化剂的TEM照片。
图5为根据实施例1的阴极催化剂的X射线衍射峰图。
图6为根据实施例2的阴极催化剂的X射线衍射峰图。
图7为根据实施例7的阴极催化剂的X射线衍射峰图。
图8为使用旋转圆盘电极(RDE)测量的根据实施例1和2以及实施例7和8的阴极催化剂的催化剂活性曲线图。
图9为使用RDE测量的根据实施例3和4以及实施例9和10的阴极催化剂的催化剂活性曲线图。
图10为使用RDE测量的根据实施例1、5和6的阴极催化剂的催化剂活性曲线图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的当前实施方案，其实施例在附图中图解说明，其中相同的附图标记在全文中表示相同的元件。为了解释本发明，以下通过参照附图对实施方案进行描述。
在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。
根据本发明的一个实施方案，提供了包含Ru的阴极催化剂，代替比如通常用于阴极中的铂-基催化剂。对于氧还原反应，包含Ru的催化剂具有极好的活性和稳定性。
根据本发明的一个实施方案，所述阴极催化剂是包含Ru和Se的无定形的Ru-Se催化剂。具体地，与铂-基催化剂相比，该Ru-Se催化剂具有改良的催化活性，这是因为该Ru-Se催化剂对于燃料，具体地为烃燃料的氧化反应不具有反应性。与晶体催化剂相比，无定形催化剂提供了更多的作为催化剂活性部位的缺陷部位。所以，无定形Ru-Se催化剂比晶体Ru-Se催化剂具有更高的催化活性。
所述阴极催化剂可以具有小于或等于6nm的平均粒径，这明显小于常规的铂-基催化剂或者晶体Ru-Se催化剂。作为具体的非限定性实例，所述阴极催化剂可以具有3～5nm的平均粒径。较小的粒径增大了催化剂活性表面积，从而提高催化剂活性。
在采用CuK α射线测量的X射线衍射图中，阴极催化剂可以具有0.4～1.5的碳峰强度相对于钌峰强度的峰强度比例(I碳峰/I钌峰)。在这里，碳是炭黑。当峰强度比例小于0.4时，无定形的性质会太高而不能得到稳定性，反之，当峰强度比例大于1.5时，结晶度会过高而不能增加催化剂活性。
按100重量份的Ru计，阴极催化剂可以包含3～20重量份的Se。当Se含量少于3重量份时，催化剂活性会降低，耐与燃料具体地为烃燃料如甲醇的反应的能力会降低。当Se含量大于20重量份时，Ru的活性部位会减少。
阴极催化剂可以以催化金属本身的形式使用(即，无镀层的催化剂)，或者可以担载在载体上使用。所述载体可以包括碳如活性炭、电化黑(denkablack)、科琴黑(ketjen black)、乙炔黑或石墨。当将阴极催化剂担载在载体上时，Ru的含量按催化剂的总重量计为10～90％重量。当Ru的含量小于10wt％时，不能充分提供催化活性组分；反之，当Ru的含量大于90wt％时，催化剂的导电性会不足。当将阴极催化剂担载在载体上时，Se含量按100重量份的Ru计可以为3～20重量份。
根据一个实施方案的用于燃料电池的阴极催化剂可以按照下述进行制备。
首先，将水溶性钌前体加入溶剂中。作为非限定性实例，水溶性钌前体可以是RuCl3水合物、乙酰丙酮钌(Ru(C5H7O2)3)、羰基钌(Ru3(CO)12)或其组合。作为非限定性实例，所述溶剂可以是水，丙酮，或者醇如甲醇或乙醇，或者其组合。
在上述的过程中，还可以加入载体以便可以制备载体担载的催化剂。该载体可以包括上述的载体。
对水溶性钌前体、溶剂和载体的混合物进行干燥。该干燥过程可以通过以下方法进行，其中包括对混合物进行第一次干燥，随后在真空下对第一次干燥的产物进行第二次干燥。
所述第一次干燥过程可以在70～90℃的温度下进行2～30小时。第二次干燥过程可以通过将第一次干燥的产物置于真空下进行4～9小时，并且可以在适合于水溶性钌前体分解的温度下进行。例如，当水溶性钌前体是RuCl3水合物时，干燥温度可以大于或者等于140℃，并且作为具体的非限定性实例，可以为约200℃。
干燥的混合物可以经历第一次热处理。第一次热处理可以在100～450℃的温度下进行。该热处理可以在选自H2气氛以及H2和N2的混合气氛的还原性气氛中进行。在混合的H2和N2气体中，可以包含任意适宜的体积比的H2和N2。例如，由于该气氛可以完全为氢，因此H2与N2的体积比无需有上限。另一方面，H2与N2的体积比一般为1∶0.01～3。H2与N2的体积比可以为1∶0.75～3。
将包含水溶性Se前体的Se溶液加入热处理产物中。Se溶液可以通过将水溶性Se前体如亚硒酸(H2SeO3)混合到溶剂如丙酮、包括甲醇或乙醇的醇或者水中而制得。
对混合物进行再次干燥。混合物的干燥可以通过以下方法进行，其中包括对混合物进行第三次干燥，及在真空下对第三次干燥的产物进行第四次干燥。第三次干燥过程可以在70～90℃的温度下进行2～30小时。第四次干燥过程可以通过将第三次干燥的产物置于真空中进行4～9小时。第四次干燥过程在适于水溶性硒前体分解的温度下进行。例如，当水溶性硒前体是亚硒酸(H2SeO3)时，干燥温度可以大于或者等于140℃，并且作为具体的非限定性实例，可以为约200℃。
对混合物进行第二次热处理，得到催化剂。第二次热处理可以在100～450℃的温度下进行。第二次热处理可以在还原性气氛中进行，该还原性气氛选自H2气氛以及H2和N2的混合气氛。在混合的H2和N2气体中，可以包含任意适宜的体积比的H2和N2。例如，由于该还原性气氛可以完全为氢，因此H2与N2的体积比无需有上限。另一方面，该H2与N2的体积比一般不小于1∶0.75～3。
上述催化剂用于阴极，常规的铂-基催化剂可以用于阳极。铂-基催化剂可以包括选自铂、钌、锇、铂-钌合金、铂-锇合金、铂-钯合金、铂-M合金(其中M是一种选自Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh及其组合中的过渡元素)及其组合中的至少一种。更具体地，铂-基催化剂的非限定性实例选自Pt、Pt/Ru、Pt/W、Pt/Ni、Pt/Sn、Pt/Mo、Pt/Pd、Pt/Fe、Pt/Cr、Pt/Co、Pt/Ru/W、Pt/Ru/Mo、Pt/Ru/V、Pt/Fe/Co、Pt/Ru/Rh/Ni、Pt/Ru/Sn/W及其组合。
这种金属催化剂可以以金属自身的形式(无镀层的催化剂(black catalyst))使用，或者可以以担载在载体上的金属的形式使用。所述载体的非限定性实例可以包括碳如石墨、电化黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球或活性炭，或者无机颗粒如氧化铝、氧化硅、氧化锆或二氧化钛。一般可以使用碳。
将阴极催化剂和阳极催化剂布置在电极基底上。这些电极基底分别支撑阳极和阴极，并且提供将燃料和氧化剂转移到催化剂层的通道。对于电极基底，使用导电基底，这些导电基底例如可以是碳纸、碳布、碳毡、金属线织物(包括金属线织物纤维或者金属化的聚合物纤维的多孔薄膜)，但是并不仅限于此。
可以用防水的氟-基树脂对该电极基底进行处理以阻止由于在燃料电池运行过程中产生的水而引起扩散效率的恶化。所述氟-基树脂可以包括但不限于，聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、聚氯三氟乙烯、氟化乙烯聚合物或其共聚物。
可以将多微孔层(MPL)置于上述的电极基底和催化剂层之间以增加反应物扩散作用。该多微孔层通常包含具有特定的粒径的导电粉末。导电的材料可以包括，但不限于碳粉末、炭黑、乙炔黑、活性炭、碳纤维、富勒烯、纳米碳或其组合。所述纳米碳可以包括诸如碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米突、碳纳米环或其组合的材料。
该多微孔层通过在导电基底上涂布包含导电粉末、粘结剂树脂和溶剂的组合物形成。所述粘结剂树脂可以包括，但不限于聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰氟烷氧基乙烯基醚、聚乙烯醇、乙酸纤维素或其共聚物。所述溶剂可以包括，但不限于醇如乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇等，水，二甲基乙酰胺，二甲亚砜，N-甲基吡咯烷酮，及四氢呋喃。
依据组合物的粘性，所述涂布方法可以包括，但不限于丝网印刷、喷涂、刮刀法、凹版涂布、浸涂、丝网遮蔽法、涂漆等。
根据另一实施方案，膜电极组件包括阴极和阳极，以及在阴极和阳极之间的聚合物电解质膜。图1为显示根据本发明实施方案的膜电极组件20的剖面示意图。参照图1，附图标记21表示阴极，附图标记22表示阳极，及附图标记25表示聚合物电解质膜。
聚合物电解质膜25通过将在阳极催化剂层上产生的质子传输到阴极催化剂层从而起到交换离子的作用。用于本发明聚合物电解质膜的质子导电聚合物可以为任何在侧链具有阳离子交换基团的聚合物树脂，该阳离子交换基团选自磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其衍生物。
所述聚合物树脂的非限定实例包括至少一种选自以下的质子导电聚合物：氟-基聚合物、苯并咪唑-基聚合物、聚酰亚胺-基聚合物、聚醚酰亚胺-基聚合物、聚苯硫醚-基聚合物、聚砜-基聚合物、聚醚砜-基聚合物、聚醚酮-基聚合物、聚醚醚酮-基聚合物和聚苯基喹噁啉-基聚合物。在一个实施方案中，质子导电聚合物为至少一种选自以下的聚合物：聚(全氟磺酸))、聚(全氟羧酸)、包含磺酸基的四氟乙烯和氟乙烯基醚的共聚物、脱氟聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-(间-亚苯基)-5，5′-双苯并咪唑)和聚(2，5-苯并咪唑)。聚合物电解质膜通常具有10～200μm的厚度。
根据本发明的另一个实施方案，提供了一种包括上述膜电极组件的燃料电池系统。燃料电池系统包括发电元件、燃料供给装置和氧化剂供给装置中的至少一种。
作为非限定实例，所述燃料电池系统可以是聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接氧化燃料电池(DOFC)或者混合反应物燃料电池。混合反应物燃料电池在阳极催化剂层包含仅为了氧化燃料而任选地起作用的催化剂，及在阴极催化剂层包含仅为了还原氧化剂而任选地起作用的另一催化剂。因此，即使燃料和氧化剂混合物被提供到阳极催化剂层和阴极催化剂层，在阳极催化剂层也仅发生燃料的氧化，而在阴极催化剂层仅发生氧化剂的还原。
所述发电元件包括膜电极组件和布置在膜电极组件各个侧面的隔板。发电元件通过氧化燃料和还原氧化剂发电。
燃料供给装置供给发电元件包含氢的燃料，氧化剂供给装置供给发电元件氧化剂如氧气或空气。作为非限定性实例，所述燃料可以是液态或气态氢，或者烃-基燃料如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或天然气。
图2示意地图解说明了燃料电池系统100，其中燃料和氧化剂通过泵13和15提供给发电元件19，但是本发明不限于这种结构。作为选择，根据本发明若干方面的燃料电池系统可以包括通过扩散提供燃料和氧化剂的结构。
燃料电池系统100包括至少一个通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电能的发电元件19，供给燃料到发电元件19的燃料供给装置1，及供给氧化剂到发电元件19的氧化剂供给装置5。
另外，燃料供给装置1装配有储存燃料的罐9，及与其相连的燃料泵15。燃料泵15以预定的抽汲功率提供罐9中储存的燃料。
提供氧化剂给发电元件19的氧化剂供给装置5装配有至少一个以预定的抽汲功率提供氧化剂的泵13。
发电元件19包括膜电极组件20，隔板18和18′，膜电极组件20氧化氢气或燃料并且还原氧化剂；隔板18和18′分别布置在膜电极组件20的两侧并且提供氢气或燃料和氧化剂。至少一个发电元件19堆叠在一起形成电池组7。
以下实施例更详细地说明了本发明。然而，应当理解本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
将1g RuCl3水合物溶于2ml丙酮中，制备溶液。向所得的溶液中加入1g碳载体，然后在70℃和标准大气压下将所得混合物干燥24小时。然后，在140℃和真空下进行干燥4小时。在300℃下，在H2和N2混合气氛(体积比为1∶1)中对所得的干燥样品热处理4小时，得到Ru/C(担载在碳载体上的Ru)。
接着，将0.075g H2SeO3溶于3ml丙酮中，制备溶液。将所得的溶液加入到Ru/C中。在70℃和标准大气下将所得产物干燥24小时，然后在140℃和真空下将其干燥4小时。在300℃下，在H2和N2混合气氛(体积比为1∶1)中对所得的干燥样品热处理4小时，得到用于燃料电池的阴极催化剂。
实施例2
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用0.03g H2SeO3代替0.075g H2SeO3。
实施例3
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用5.4gRuCl3水合物代替1g RuCl3水合物，使用0.375g H2SeO3代替0.075g H2SeO3。
实施例4
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用0.74g RuCl3水合物代替1g RuCl3水合物，使用0.06g H2SeO3代替0.075gH2SeO3。
实施例5
将0.6g羰基钌溶于150ml苯中。向溶液中加入1g碳载体，然后在回流的同时，在120℃下搅拌溶液，然后过滤。将过滤得到的产物用蒸馏水洗涤，然后在80℃下干燥12小时。干燥的样品在H2气氛和250℃下热处理3小时，得到Ru/C(担载在碳载体上的Ru)。
接着，将0.075g H2SeO3溶于3ml丙酮中。将所得溶液加入到Ru/C中。在70℃和标准大气下将所得产物干燥24小时，然后在140℃和真空下将其干燥4小时。干燥的样品在H2和N2混合气氛(体积比为1∶1)和300℃下热处理4小时，得到用于燃料电池的阴极催化剂。
实施例6
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用1.0g乙酰丙酮钌代替0.6g羰基钌。
实施例7
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用0.06g Se代替0.075g H2SeO3。
实施例8
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用1.0gH2SeO3代替0.075g H2SeO3。
实施例9
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用0.074g RuCl3水合物代替1g RuCl3水合物，使用0.0075g H2SeO3代替0.075gH2SeO3。
实施例10
按照与实施例1中相同的方法制备阴极催化剂，所不同的是，使用97gRuCl3水合物代替1g RuCl3水合物，使用7.2g H2SeO3代替0.075g H2SeO3。
对比例1
在140℃下，将0.06g硒粉溶于200ml二甲苯中。待将溶液冷却至室温后，向正在搅拌和氮气鼓泡的溶液中连续加入2.11g的Ru3(CO)12和1g科琴黑。在135℃下回流24小时后，过滤溶液，将得到的黑色粉末在80℃的烘箱中干燥过夜。在氢气流和300℃下对其进行热处理。
根据实施例1和2的阴极催化剂的透射电子显微镜(TME)照片示于图3和图4中。在图3和图4中，颜色最黑的部分表示Ru-Se。根据代表10nm的图3和图4中的比例尺，可以看出，实施例1和2的阴极催化剂的尺寸为2～4nm。根据实施例3～10的阴极催化剂具有3～6nm的粒度。相反地，根据对比例1的阴极催化剂具有10nm的粒度。
对根据实施例1和2以及实施例7的催化剂粉末的X射线衍射峰进行测定。结果分别示于图5～图7中。X射线衍射峰是利用CuKα射线以0.05度/秒的扫描速率进行测量的。
如图5～7所示，根据实施例1和2的催化剂的X射线衍射峰不尖锐，并且与实施例7的催化剂的X射线衍射峰相比相当小。因此，根据实施例1和2的催化剂比实施例7的催化剂无定形程度更高。
从根据实施例1和2以及实施例7的催化剂的X射线衍射峰，计算出碳峰与钌峰的相对比例。结果示于下表1中。碳峰/钌峰的值越大表示无定形的钌含量越高。下表1的结果表明，与实施例7的阴极催化剂相比，实施例1和2的阴极催化剂包含更多的无定形的钌。
表1
  I<sub>碳峰</sub>/I<sub>钌峰</sub>
 实施例2   1.01
 实施例1   0.56
 实施例7   0.35
采用旋转圆盘电极(RDE)对根据实施例1～6以及实施例7和8的催化剂的催化活性进行测定。使用Ag/AgCl作为参比电极，使用Pt作为反电极，并且使用0.5M硫酸溶液。在10mV/s扫描速率和2000rpm转速下，测量催化剂的催化活性。图8～10分别显示了测量结果。
如图8所示，与根据实施例7和8的晶体催化剂相比，根据实施例1和2的无定形催化剂是更有效的。
如图9所示，与根据实施例9和10的催化剂相比，根据实施例3和4的催化剂是更有效的。
如图10所示，根据实施例1、5和6的催化剂的催化活性随着催化剂前体的种类仅稍微变化。
虽然已经给出和描述了本发明的一些实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以对该实施方案进行改变，而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围在权利要求书及其等价物中定义。

Claims (21)

1.一种用于燃料电池的阴极催化剂，其包括
平均粒度小于或等于6nm的Ru-Se合金，
其中所述阴极催化剂包括碳载体，并且其中在利用CuKα射线测量的X射线衍射图中，所述阴极催化剂具有0.4～1.5的碳峰强度相对于钌峰强度的峰强度比例(I碳峰/I钌峰)。
2.根据权利要求1的阴极催化剂，其中所述Ru-Se合金是无定形的。
3.根据权利要求1的阴极催化剂，其中所述阴极催化剂具有3～5nm的平均粒度。
4.根据权利要求1的阴极催化剂，其中所述阴极催化剂按100重量份的Ru计包含3～20重量份的Se。
5.根据权利要求1的阴极催化剂，其中所述阴极催化剂按阴极催化剂的总重量计包含10～90％重量的Ru。
6.一种制备权利要求1的用于燃料电池的催化剂的方法，该方法包括：
干燥包含水溶性钌前体的钌溶液，得到第一干燥产物；
对第一干燥产物进行第一次热处理，得到热处理产物；
向该热处理产物中加入包含水溶性Se前体的Se溶液，得到混合物；
干燥该混合物，得到包含钌和Se的第二干燥产物；及
对第二干燥产物进行第二次热处理。
7.根据权利要求6的方法，其中所述钌溶液的干燥通过以下方法进行，该方法包括：
对钌溶液进行第一次干燥，及
在真空下对第一次干燥的产物进行第二次干燥；以及
其中所述混合物的干燥通过以下方法进行，该方法包括：
对混合物进行第三次干燥，及
在真空下对第三次干燥的产物进行第四次干燥。
8.根据权利要求7的方法，其中所述第一次干燥和第三次干燥是在70～90℃的温度下进行的。
9.根据权利要求7的方法，其中所述第一次干燥和第三次干燥进行2～30小时。
10.根据权利要求7的方法，其中所述第二次干燥和第四次干燥分别是通过将第一次干燥产物和第三次干燥产物置于真空下进行4～9小时。
11.根据权利要求6的方法，其中所述第一次热处理和第二次热处理是在100～450℃的温度下进行的。
12.根据权利要求6的方法，其中所述热处理是在还原性气氛下进行的。
13.根据权利要求12的方法，其中所述还原性气氛选自H2气氛，及H2和N2的混合气氛。
14.根据权利要求6的方法，其中所述水溶性钌前体为选自RuCl3水合物，乙酰丙酮钌，羰基钌，及其组合中的至少一种。
15.根据权利要求6的方法，其中所述Se水溶性前体为亚硒酸。
16.根据权利要求6的方法，其还包括向所述钌溶液中加入载体。
17.一种用于燃料电池的阴极，其包含根据权利要求1～5中任一项的阴极催化剂。
18.根据权利要求17的阴极，其中所述阴极催化剂以层状存在于导电电极基底上。
19.根据权利要求18的阴极，其还包括介于所述导电电极基底和阴极催化剂层之间的多微孔层。
20.一种燃料电池的膜电极组件，其包括：
彼此相对的阳极和阴极；及
介于阳极和阴极之间的聚合物电解质膜，
其中所述阴极包含根据权利要求1～5中任一项的阴极催化剂。
21.一种燃料电池系统，其包括：
发电元件，该发电元件包括：
膜电极组件，其包括
彼此相对的阳极和阴极，及
介于阳极和阴极之间的聚合物电解质膜；
燃料供给装置，其用于向发电元件提供燃料；及
氧化剂供给装置，其用于向发电元件提供氧化剂，
其中所述阴极包含根据权利要求1～5中任一项的阴极催化剂。
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