CN106784888A - 一种金属空气燃料电池氧还原催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了空气燃料电池技术领域的一种金属空气燃料电池氧还原催化剂及其制备方法，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂配方如下：Pt/c铂碳：20～50g；三聚氰胺：30～50g；三氯化铁：40～60g；氢氧化钾：20～40g；甲醇：15～30g；Nafion溶液：20～30g；氧化铝抛光粉：10～20g，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法的具体步骤如下：S1：得到铂碳混合物；S2：得到催化剂凝结块；S3：充分混合均匀；S5：制备出氧化还原催化剂粉末，本发明采用全氟磺酸型聚合物Nafion溶液作为催化剂的涂层和载体，能够形成膜电极，降低了物质的传输阻力和电极的电阻，其制备出的氧化还原催化剂价格低廉，能够适应大规模商业化燃料电池的发展需求。
Description
技术领域
本发明涉及空气燃料电池技术领域，具体为一种金属空气燃料电池氧还原催化剂及其制备方法。
背景技术
燃料电池是一种环境友好、高效的能量转换器件。目前燃料电池的阴极催化剂仍然是昂贵的铂基催化剂，这种贵金属催化剂高的价格成为阻碍燃料电池大规模商业化发展的重要瓶颈。而近些年开展的燃料电池非贵金属阴极催化剂材料的研究中，大量不同结构的碳材料，如碳纳米管、石墨烯、无定形碳和介孔碳等的应用虽然在一定程度上降低了燃料电池的成本，但其性价比仍然很低。以这些碳材料为载体制备的非贵金属催化剂在酸性环境中的性能更是远远落后于商业化铂基催化剂。
要解决上述问题，极大程度上需要开发一种廉价高效的氧化还原催化剂，为此，我们提出了一种金属空气燃料电池氧还原催化剂及其制备方法投入使用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属空气燃料电池氧还原催化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的目前燃料电池的阴极催化剂仍然是昂贵的铂基催化剂，这种贵金属催化剂高的价格成为阻碍燃料电池大规模商业化发展的重要瓶颈的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂配方如下：
Pt/c铂碳：20～50g；
三聚氰胺：30～50g；
三氯化铁：40～60g；
氢氧化钾：20～40g；
甲醇：15～30g；
Nafion溶液：20～30g；
氧化铝抛光粉：10～20g。
优选的，所述Pt/c铂碳的重量百分含量为20～30wt％，所述Nafion溶液的重量百分含量为15～30wt％。
优选的，所述氧化铝抛光粉的粒径为0.3～0.5μm。
一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法的具体步骤如下：
S1：将20～50g的Pt/c铂碳和40～60g的三氯化铁在水溶液中混合，待溶液干燥后得到铂碳混合物；
S2：利用电子分析天平称取35g的三聚氰胺放入20～30g的Nafion溶液中，并继续加入20～40g的氢氧化钾和15～30g的甲醇混合在Nafion溶液中，然后再将步骤S1中制备的铂碳混合物倒入混合Nafion溶液中，待其干燥后得到催化剂凝结块；
S3：将步骤S2中的催化剂凝结块放入石英研钵中充分研磨2～3h，使其充分混合均匀；
S4：将研磨好的混合粉末置于石英舟中，在石英舟中放入剩余的三聚氰胺，并放置于开启式管式炉中，在900～1000°的氮气保护下高温处理1～3h；
S5：待温度降到室温后，将石英舟取出，制备出氧化还原催化剂粉末。
优选的，所述步骤S2中，电子分析天平的精度为0.01～0.05mg，最大称重量为120～150g。
优选的，所述步骤S2中，预先在Nafion溶液中加入10～20g的氧化铝抛光粉，并搅拌使其充分混匀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用全氟磺酸型聚合物Nafion溶液作为催化剂的涂层和载体，能够形成膜电极，降低了物质的传输阻力和电极的电阻，其制备出的氧化还原催化剂价格低廉，能够适应大规模商业化燃料电池的发展需求。
附图说明
图1为本发明工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂配方如下：
Pt/c铂碳：20g；
三聚氰胺：40g；
三氯化铁：40g；
氢氧化钾：20g；
甲醇：15g；
Nafion溶液：20g；
氧化铝抛光粉：10g。
优选的，所述Pt/c铂碳的重量百分含量为20wt％，所述Nafion溶液的重量百分含量为15wt％。
优选的，所述氧化铝抛光粉的粒径为0.3μm。
本发明还提供了一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法的具体步骤如下：
S1：将20g的Pt/c铂碳和40g的三氯化铁在水溶液中混合，待溶液干燥后得到铂碳混合物；
S2：利用电子分析天平称取35g的三聚氰胺放入20g的Nafion溶液中，并继续加入20g的氢氧化钾和15g的甲醇混合在Nafion溶液中，然后再将步骤S1中制备的铂碳混合物倒入混合Nafion溶液中，待其干燥后得到催化剂凝结块，电子分析天平的精度为0.01mg，最大称重量为120g，预先在Nafion溶液中加入10g的氧化铝抛光粉，并搅拌使其充分混匀；
S3：将步骤S2中的催化剂凝结块放入石英研钵中充分研磨2h，使其充分混合均匀；
S4：将研磨好的混合粉末置于石英舟中，在石英舟中放入剩余的三聚氰胺，并放置于开启式管式炉中，在900°的氮气保护下高温处理1h；
S5：待温度降到室温后，将石英舟取出，制备出氧化还原催化剂粉末。
实施例二
一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂配方如下：
Pt/c铂碳：50g；
三聚氰胺：50g；
三氯化铁：60g；
氢氧化钾：40g；
甲醇：30g；
Nafion溶液：30g；
氧化铝抛光粉：20g。
优选的，所述Pt/c铂碳的重量百分含量为30wt％，所述Nafion溶液的重量百分含量为30wt％。
优选的，所述氧化铝抛光粉的粒径为0.5μm。
本发明还提供了一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法的具体步骤如下：
S1：将50g的Pt/c铂碳和60g的三氯化铁在水溶液中混合，待溶液干燥后得到铂碳混合物；
S2：利用电子分析天平称取35g的三聚氰胺放入30g的Nafion溶液中，并继续加入40g的氢氧化钾和30g的甲醇混合在Nafion溶液中，然后再将步骤S1中制备的铂碳混合物倒入混合Nafion溶液中，待其干燥后得到催化剂凝结块，电子分析天平的精度为0.05mg，最大称重量为150g，预先在Nafion溶液中加入20g的氧化铝抛光粉，并搅拌使其充分混匀；
S3：将步骤S2中的催化剂凝结块放入石英研钵中充分研磨3h，使其充分混合均匀；
S4：将研磨好的混合粉末置于石英舟中，在石英舟中放入剩余的三聚氰胺，并放置于开启式管式炉中，在1000°的氮气保护下高温处理3h；
S5：待温度降到室温后，将石英舟取出，制备出氧化还原催化剂粉末。
实施例三
一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂配方如下：
Pt/c铂碳：40g；
三聚氰胺：45g；
三氯化铁：50g；
氢氧化钾：30g；
甲醇：20g；
Nafion溶液：25g；
氧化铝抛光粉：15g。
优选的，所述Pt/c铂碳的重量百分含量为25wt％，所述Nafion溶液的重量百分含量为20wt％。
优选的，所述氧化铝抛光粉的粒径为0.4μm。
本发明还提供了一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，所述金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法的具体步骤如下：
S1：将40g的Pt/c铂碳和50g的三氯化铁在水溶液中混合，待溶液干燥后得到铂碳混合物；
S2：利用电子分析天平称取35g的三聚氰胺放入25g的Nafion溶液中，并继续加入30g的氢氧化钾和20g的甲醇混合在Nafion溶液中，然后再将步骤S1中制备的铂碳混合物倒入混合Nafion溶液中，待其干燥后得到催化剂凝结块，电子分析天平的精度为0.03mg，最大称重量为130g，预先在Nafion溶液中加入15g的氧化铝抛光粉，并搅拌使其充分混匀；
S3：将步骤S2中的催化剂凝结块放入石英研钵中充分研磨2.5h，使其充分混合均匀；
S4：将研磨好的混合粉末置于石英舟中，在石英舟中放入剩余的三聚氰胺，并放置于开启式管式炉中，在950°的氮气保护下高温处理2h；
S5：待温度降到室温后，将石英舟取出，制备出氧化还原催化剂粉末。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，其特征在于：所述金属空气燃料电池氧还原催化剂配方如下：
Pt/c铂碳：20～50g；
三聚氰胺：30～50g；
三氯化铁：40～60g；
氢氧化钾：20～40g；
甲醇：15～30g；
Nafion溶液：20～30g；
氧化铝抛光粉：10～20g。
2.根据权利要求1所述的一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，其特征在于：所述Pt/c铂碳的重量百分含量为20～30wt％，所述Nafion溶液的重量百分含量为15～30wt％。
3.根据权利要求1所述的一种金属空气燃料电池氧还原催化剂，其特征在于：所述氧化铝抛光粉的粒径为0.3～0.5μm。
4.一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，其特征在于：所述金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法的具体步骤如下：
S1：将20～50g的Pt/c铂碳和40～60g的三氯化铁在水溶液中混合，待溶液干燥后得到铂碳混合物；
S2：利用电子分析天平称取35g的三聚氰胺放入20～30g的Nafion溶液中，并继续加入20～40g的氢氧化钾和15～30g的甲醇混合在Nafion溶液中，然后再将步骤S1中制备的铂碳混合物倒入混合Nafion溶液中，待其干燥后得到催化剂凝结块；
S3：将步骤S2中的催化剂凝结块放入石英研钵中充分研磨2～3h，使其充分混合均匀；
S4：将研磨好的混合粉末置于石英舟中，在石英舟中放入剩余的三聚氰胺，并放置于开启式管式炉中，在900～1000°的氮气保护下高温处理1～3h；
S5：待温度降到室温后，将石英舟取出，制备出氧化还原催化剂粉末。
5.根据权利要求1所述的一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，电子分析天平的精度为0.01～0.05mg，最大称重量为120～150g。
6.根据权利要求1所述的一种金属空气燃料电池氧还原催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，预先在Nafion溶液中加入10～20g的氧化铝抛光粉，并搅拌使其充分混匀。
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