CN109560298A - 燃料电池电催化剂 - Google Patents
燃料电池电催化剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109560298A CN109560298A CN201710877230.XA CN201710877230A CN109560298A CN 109560298 A CN109560298 A CN 109560298A CN 201710877230 A CN201710877230 A CN 201710877230A CN 109560298 A CN109560298 A CN 109560298A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- alloy
- platinum
- fuel cell
- carrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 63
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 229910018879 Pt—Pd Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 14
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 abstract 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 abstract 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 28
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 3
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N platinum titanium Chemical compound [Ti].[Pt] UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- BZVCUDFTTWZWPF-UHFFFAOYSA-M potassium;ethane-1,2-diol;hydroxide Chemical compound [OH-].[K+].OCCO BZVCUDFTTWZWPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 3
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 2-[2,4-di(pentan-2-yl)phenoxy]acetyl chloride Chemical compound CCCC(C)C1=CC=C(OCC(Cl)=O)C(C(C)CCC)=C1 NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 2
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 239000013177 MIL-101 Substances 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N Titanium ion Chemical compound [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CLBRCZAHAHECKY-UHFFFAOYSA-N [Co].[Pt] Chemical compound [Co].[Pt] CLBRCZAHAHECKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000011370 conductive nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- -1 platinum ion Chemical class 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 229910000923 precious metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种燃料电池催化剂的制备方法，其目的是提高燃料电池催化层反应活性。所述催化剂包含载体材料和具有催化活性的铂或铂合金材料，其中载体材料为碳化的有机金属骨架材料等具有镂空结构的导电性载体。铂合金材料可以选自钛、钴。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池电催化剂材料的载体材料和包含所述载体材料的燃料电池电催化剂。
背景技术
燃料电池具有高效环保、清洁无污染、高能量密度等特点。影响燃料电池性能的主要原因之一就是电催化剂活性。制备高活性电催化剂是减少催化剂用量降低燃料电池成本的关键点。
作为燃料电池电催化剂载体材料的碳，通常使用炭黑、碳纳米管等材料。实心的碳载体通常导致贵金属催化剂不能充分暴露出来，尤其是碳催化剂表面凹凸不平的表面使得限于凹陷内的贵金属催化剂得不到利用。其次，致密的催化层结构导致燃料电池在大电流放电区出现反应物传递不及时出现浓差极化的现象。使用具有镂空结构的导电性载体可以增加催化层活性位点数目和减小浓差极化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提高质子交换膜燃料电池电催化剂的催化性能，减小大电流放电下的浓差极化现象，提高电堆能量密度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种提升燃料电池性能的电催化剂，所述电催化剂包括：具有镂空结构的导电性载体和具有电催化活性的贵金属；
所述的具有镂空结构的导电性载体具有大的窗口尺寸、孔容和孔径、大比表面积。
所述的具有镂空结构的导电性载体粒径大小约为50-200nm；
所述的具有镂空结构的导电性载体包括碳化后的有机金属骨架材料MIL-101，CNT-CNF网络骨架。
所述的CNT-CNF通过静电纺丝得到CNF或CNT再化学气相沉积生产CNT-CNF网络骨架；
所述的电催化剂通过有机溶胶凝胶法制备后再在惰性气氛下400-850oC处理使合金化。
一种用于质子交换膜燃料电池的电催化剂，其特征在于使用具有镂空结构的导电性纳米颗粒作为载体负载贵金属合金催化剂。
作为本发明的一种优选方案，所述具有镂空结构的导电性纳米颗粒是指粒径在30-200nm的网络骨架结构导电性材料，例如碳化后的MIL101。
作为本发明的一种优选方案，所述贵金属催化剂为Pt和Co的合金。
作为本发明的一种优选方案，所述经有机溶剂凝胶法合成后的催化剂在氮气氛下于460oC进行合金化。
燃料电池催化层作为燃料电池的化学反应场所，经流道进入电极内的反应气通过气体扩散层分散后进入到催化层进行反应。由于催化层由催化剂和离聚物制成，反应物需要通过催化层的微孔道或透过离聚物薄膜进入到催化层活性位点发生反应。
目前主流的提高催化层孔隙率的方法有添加造孔剂或添加石墨烯、石墨角等物质来使催化层疏松多孔，但通过添加造孔剂来使催化层疏松多孔往往存在造孔剂分解后的残留物无法彻底清除而吸附在催化层内；通过添加其它异形导电性材料来改变催化层微结构存在使催化层过厚而导致质子传递电阻加大的情况。
为解决催化剂活性位点不能充分暴露的问题，通过增加催化剂用量会造成燃料电池材料成本增加。
通过使用本身具有镂空结构的导电性载体可以使催化剂载体表面的贵金属颗粒得到充分利用，不仅可以增加催化剂活性，还可以增加反应物向催化层内部扩散的通道数量。能极大减少催化剂用量，从而降低燃料电池生产成本。
本发明的有益效果在于：本发明提出的用于提供燃料电池的电催化剂，能使导电性载体表面的催化剂得到充分理由，有助于提高贵金属催化剂颗粒暴露位点数量增加活性位点数目。反应物气体分子可以通过载体内部孔道进入到催化剂另一侧与另一侧的贵金属催化剂颗粒进行反应。可以显著增加催化层内部活性位点数量。该电催化剂制备的催化层能够有助于提高膜电极催化层内部的气体传输能力，实现增加能量密度，提高能量转化效率和电堆性能。本发明有助于解决催化层内部气体扩散阻力大，在大电流条件下物质传输不及时的问题，减少浓差极化。与现有膜电极设计相比，本方法有助于提高电堆性能，降低气体背压，提高电堆能量密度。
由于传统的燃料电池催化层存在大电流情况下容易发生浓差极化导致极限电流小和大电流下输出不稳定，贵金属催化剂用量高造成成本高昂等问题。相比之下，本发明内容中使用具有镂空结构的导电性载体能有效解决反应物向催化层内部传输困难的情况，提供催化层活性位点数目，提高贵金属催化剂利用效率。可以降低催化层铂金催化剂的用量，极大降低电堆成本。
附图说明
图1为纳米网络骨架载体负载铂合金的电催化剂的结构示意图。
图2为纳米网络骨架载体负载铂合金的电催化剂制备的催化层结构示意图。
图3为使用碳纳米网络骨架为载体制备的催化剂Pt/CNT-CNF和普通Pt/C催化剂测试性能比较。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，铂金属颗粒1负载于碳纳米网络骨架2上。铂金属颗粒粒径为2-4nm，碳纳米网络骨架粒径为40至80nm。反应气体可以通过碳纳米网络骨架穿透到电催化剂的另外一侧。
本发明揭示了一种用于燃料电池的具有高活性的纳米骨架载体负载贵金属粒子的电催化剂，所述电催化剂包括：碳纳米网络骨架、铂。制备过程如下：将700mg碳纳米纤维加入到12ml DMF溶液中，加入100mg柠檬酸和30mg硝酸锰作为催化剂，超声分散均匀后加入到注射泵电纺，收集得到的碳纤维毡放到马弗炉中200oC预氧化1h后转移到管式炉中通入氢气在800oC下进行还原5min，再于700oC通入氩气和乙炔气体10min让碳纳米管生长制得碳纳米网络骨架，将制备的碳纳米网络骨架充分球磨后待用。然后称取600mg柠檬酸钠溶于30ml乙二醇中搅拌分散均匀；再加入20ml 铂离子浓度为7.3mg/ml的氯铂酸乙二醇溶液搅拌45min；加入200mg制备的碳纳米网络骨架后搅拌30min；再滴加5%的氢氧化钾乙二醇溶液调节PH到9，然后再进行搅拌。将搅拌均匀的分散液倒入反应釜中165oC反应10h后冷却取出。再用10%稀硝酸溶液调节PH至5。进行过滤清洗制得碳纳米网络骨架负载铂催化剂。
实施例二
请参阅图1，铂钴合金颗粒1负载于碳纳米网络骨架2上。铂金属颗粒粒径为2-4nm，碳纳米网络骨架粒径为40至80nm。反应气体可以通过碳纳米网络骨架穿透到电催化剂的另外一侧。
制备过程如下：将700mg碳纳米纤维加入到12ml DMF溶液中，加入100mg柠檬酸和30mg硝酸锰作为催化剂，超声分散均匀后加入到注射泵电纺，收集得到的碳纤维毡放到马弗炉中200oC预氧化1h后转移到管式炉中通入氢气在800oC下进行还原5min，再于700oC通入氩气和乙炔气体10min让碳纳米管生长制得碳纳米网络骨架，将制备的碳纳米网络骨架充分球磨后待用。然后称取600mg柠檬酸钠溶于30ml乙二醇中搅拌分散均匀；再加入20ml 铂离子浓度为7.3mg/ml的氯铂酸乙二醇溶液和10ml钛离子浓度为0.2mg/ml的氯化钴溶液搅拌45 min，；加入200mg制备的碳纳米网络骨架后搅拌30min；再滴加5%的氢氧化钾乙二醇溶液调节PH到9，然后再进行搅拌。将搅拌均匀的分散液倒入反应釜中165oC反应10h后冷却取出。再用10%稀硝酸溶液调节PH至5。进行过滤清洗制得碳纳米网络骨架负载铂钴催化剂，将碳纳米网络骨架负载铂钴催化剂真空干燥后于氩气氛保护下600oC下热处理15min。
实施例三
请参阅图1，铂金属颗粒1负载于碳化后的有机金属骨架2上。铂金属颗粒粒径为2-4nm，碳纳米骨架粒径为100nm。反应气体可以通过碳纳米骨架穿透到电催化剂的另外一侧。
制备过程如下：取1000mg MIL101于氩气氛下缓慢升温至500oC进行碳化制得碳纳米骨架，进行用5%稀硝酸进行酸洗处理除去杂质金属离子，再进行过滤清洗后真空干燥后球磨后待用。然后称取600mg柠檬酸钠溶于30ml乙二醇中搅拌分散均匀；再加入20ml 铂离子浓度为7.3mg/ml的氯铂酸乙二醇溶液搅拌45 min，；加入200mg制备的碳纳米骨架后搅拌30min；再滴加5%的氢氧化钾乙二醇溶液调节PH到9，然后再进行搅拌。将搅拌均匀的分散液倒入反应釜中165oC反应10h后冷却取出。再用10%稀硝酸溶液调节PH至5。进行过滤清洗制得碳纳米骨架负载铂钴催化剂，将碳纳米网络骨架负载铂催化剂真空干燥后于氩气氛保护下600oC下热处理15min。
实施例四
实施例二中可以选用氯化钛溶液替换氯化钴溶液制备碳纳米网络骨架负载铂钛合金催化剂。
实施例五
实施例三中可以选用氯铂酸溶液和氯化钴溶液制备碳纳米网络骨架负载铂钛合金催化剂。或选用氯铂酸溶液和氯化钛溶液制备碳纳米网络骨架负载铂钛合金催化剂。
图2中将以上所述制备的纳米网络骨架导电性载体负载铂合金电催化剂3与Nafion等燃料电池催化层粘结剂4混合后加入溶剂搅拌均匀，将该混合浆料涂覆到质子交换膜或气体扩散层5上后得到催化层。
综上所述，本发明提出的用于改善电催化剂贵金属粒子利用率不高而造成催化剂载量增大、大电流下容易出现浓差极化的情况，能够实现改善催化层的气体传输通道和增加贵金属粒子的暴露位点，从而提高能量转化效率和燃料电池电堆性能。本发明有助于解决燃料电池极限电流小和降低贵金属催化剂的使用量。与现有膜电极制备方案相比，本方法有助于提高燃料电池电堆性能，降低催化剂用量从而降低燃料电池成本，提高燃料电池电堆能量密度，帮助实现燃料电池电堆的快速商业化。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (8)
1.负载型的燃料电池电催化剂，其特征在于，所述使用镂空结构的导电性载体作为催化剂载体和负载于所述载体材料上的贵金属催化剂。
2.根据权利要求1所述的负载型燃料电池电催化剂，其中所述的贵金属催化剂为铂或铂合金。
3.根据权利要求2所述的铂合金，为Pt-Ti合金、Pt-Pd或Pt-Co合金。
4.根据权利要求3所述的铂合金催化剂，其中合金中Ti的质量相对于Pt和Ti的总量优选为2-20%。
5.根据权利要求3所述的铂合金催化剂，其中合金中Pd的质量相对于Pt和Pd的总量优选为5-30%。
6.根据权利要求4所述的铂合金催化剂，其中合金中Co的质量相对于Pt和Co的总量优选为2-20%。
7.根据权利要求1所述的催化剂载体，为惰性气氛下碳化的具有镂空结构的导电性载体或有机金属骨架材料。
8.制造铂合金的方法包括：有机溶胶凝胶法制得复合物后，惰性气氛下400-800oC进行合金化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710877230.XA CN109560298B (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 燃料电池电催化剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710877230.XA CN109560298B (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 燃料电池电催化剂 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109560298A true CN109560298A (zh) | 2019-04-02 |
| CN109560298B CN109560298B (zh) | 2022-08-19 |
Family
ID=65862977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710877230.XA Active CN109560298B (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 燃料电池电催化剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109560298B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111342062A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-06-26 | 广东道氏云杉氢能科技有限公司 | 一种负载型燃料电池催化剂及应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1994563A (zh) * | 2006-11-21 | 2007-07-11 | 华南理工大学 | 碳载贵金属催化剂及其制备方法 |
| CN101414684A (zh) * | 2007-10-17 | 2009-04-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于质子交换膜燃料电池阴极的电催化剂及其制备 |
| CN102089241A (zh) * | 2008-06-10 | 2011-06-08 | 加拿大国家研究委员会 | 多孔碳球的受控合成及其电化学应用 |
| CN102327771A (zh) * | 2011-07-14 | 2012-01-25 | 华南理工大学 | 微波有机溶胶法制备燃料电池碳载铂基电催化剂的方法 |
| CN105932308A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-09-07 | 宁波中科科创新能源科技有限公司 | 纳米电催化剂的制备方法 |
| CN106410229A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 三峡大学 | 一种负载型碳基燃料电池阳极催化剂的制备方法及其应用 |
-
2017
- 2017-09-25 CN CN201710877230.XA patent/CN109560298B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1994563A (zh) * | 2006-11-21 | 2007-07-11 | 华南理工大学 | 碳载贵金属催化剂及其制备方法 |
| CN101414684A (zh) * | 2007-10-17 | 2009-04-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于质子交换膜燃料电池阴极的电催化剂及其制备 |
| CN102089241A (zh) * | 2008-06-10 | 2011-06-08 | 加拿大国家研究委员会 | 多孔碳球的受控合成及其电化学应用 |
| CN102327771A (zh) * | 2011-07-14 | 2012-01-25 | 华南理工大学 | 微波有机溶胶法制备燃料电池碳载铂基电催化剂的方法 |
| CN105932308A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-09-07 | 宁波中科科创新能源科技有限公司 | 纳米电催化剂的制备方法 |
| CN106410229A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-02-15 | 三峡大学 | 一种负载型碳基燃料电池阳极催化剂的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HUI YANG ET. AL。: "《Catalytically Active Bimetallic Nanoparticles Supported on Porous Carbon Capsules Derived From Metal-Organic Framework Composites》", 《J. AM. CHEM. SOC.》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111342062A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-06-26 | 广东道氏云杉氢能科技有限公司 | 一种负载型燃料电池催化剂及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109560298B (zh) | 2022-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110783577B (zh) | 一种铂镍钴合金@碳纳米管复合材料、其制备和应用 | |
| Cheng | Highly effective and CO-tolerant PtRu electrocatalysts supported on poly (ethyleneimine) functionalized carbon nanotubes for direct methanol fuel cells | |
| CN1189966C (zh) | 用于燃料电池的选择性氧化催化剂的改进组合物 | |
| Hyun et al. | Effect of NaBH4 concentration on the characteristics of PtRu/C catalyst for the anode of DMFC prepared by the impregnation method | |
| Choi et al. | Highly dispersed Pt nanoparticles on nitrogen-doped magnetic carbon nanoparticles and their enhanced activity for methanol oxidation | |
| CN104716333B (zh) | 一种有序化气体扩散电极及其制备方法和应用 | |
| US8541146B2 (en) | Photocatalytic methods for preparation of electrocatalyst materials | |
| Kim et al. | High-performance corrosion-resistant fluorine-doped tin oxide as an alternative to carbon support in electrodes for PEM fuel cells | |
| Yılmaz et al. | A facile synthesis and assembly of ultrasmall Pt nanoparticles on reduced graphene oxide‑carbon black hybrid for enhanced performance in PEMFC | |
| Khorasani-Motlagh et al. | Investigation of the nanometals (Ni and Sn) in platinum binary and ternary electrocatalysts for methanol electrooxidation | |
| CN100462142C (zh) | 直接甲醇燃料电池阳极催化剂制备方法 | |
| CN109841856B (zh) | 一种燃料电池用单分散核壳纳米催化剂的制备方法 | |
| CN103157465A (zh) | 核壳型负载催化剂的制备方法及形成的核壳型负载催化剂 | |
| WO2021114056A1 (zh) | 燃料电池阴极催化剂及其制备方法、膜电极及燃料电池 | |
| CN101890347A (zh) | 质子交换膜燃料电池负载型催化剂的制备方法 | |
| Lee et al. | Novel synthesis of highly durable and active Pt catalyst encapsulated in nitrogen containing carbon for polymer electrolyte membrane fuel cell | |
| CN101224435A (zh) | 一种负载型PtRu合金催化剂及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Three-dimensional hybrid aerogels built from graphene and polypyrrole-derived nitrogen-doped carbon nanotubes as a high-efficiency Pt-based catalyst support | |
| CN104485464A (zh) | 一种基于普鲁士蓝的燃料电池用高稳定性、高活性Pt基催化剂及其制备方法 | |
| Chao et al. | Pd–SnO2 heterojunction catalysts anchored on graphene sheets for enhanced oxygen reduction | |
| CN105789645A (zh) | 一种Pt/WO3-RGO催化剂 | |
| Wu et al. | Preparation of high-performance PdPt–Pt core–shell catalyst with shortened carbon nanotubes as support | |
| Zhang et al. | Nitrogen doped carbon coated Mo modified TiO2 nanowires (NC@ MTNWs-FI) with functionalized interfacial as advanced PtRu catalyst support for methanol electrooxidation | |
| Xie et al. | Preparation and electrochemical characteristics of CoTMPP-TiO2NT/BP composite electrocatalyst for oxygen reduction reaction | |
| Hua et al. | MOF-assisted construction of mesoporous tungsten carbide as superior Pt-based catalyst support for methanol electro-oxidation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240707 Address after: 410500 Group 2, Sulun Village, Santang Town, Xiangyin County, Yueyang City, Hunan Province Patentee after: Xiong Ziang Country or region after: China Address before: 510000 No.55, Zhongshan Avenue West, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee before: Su Qingqing Country or region before: China |