CN112820916A - 一种用于膜电极组件的电解液或分散液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于燃料电池或氢气净化装置中膜电极组件的电解液或分散液，其特征在于，包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。本发明涉及用于燃料电池和基于聚唑磷酸聚合物电解质膜(PEM)的氢净化装置的膜电极组件(MEA)中电解质中的可溶性或可分散的铂配体化合物的使用，当这些铂配体化合物吸附在包裹膜的碳层上时，可以更有效地利用贵金属催化剂，从而可以降低MEA制备过程中的催化剂水平。

Description

一种用于膜电极组件的电解液或分散液
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及一种用于燃料电池或氢气净化装置中膜电极组件的电解液或分散液。
背景技术
近年来，对非化石燃料清洁电力的需求急剧增加。这一需求集中在许多技术上，包括使用质子传导聚合物电解质膜电池以氢为燃料发电和供热的系统，如质子交换膜燃料电池。目前，质子交换膜燃料电池一般分为低温质子交换膜(60-80℃)和高温质子交换膜(120-160℃)两大类。所谓的低温质子交换膜(PEM)电池是以水为电解液，使用含共价键合的磺酸基团的含氟聚合物。杜邦公司的
Figure BDA0002277123850000011
膜和陶氏化学公司的
Figure BDA0002277123850000012
膜是商用膜的例子。由于水的损失导致质子导电性的损失，这些燃料电池的工作温度被限制在80℃左右。
虽然近几十年来质子交换膜燃料电池系统取得了重大进展，但该技术的能源成本在许多应用中仍然缺乏竞争力。燃料电池电器的材料成本，主要是贵金属催化剂的费用是其中一需要降低成本的重要问题。
发明内容
本发明的主要目的在于弥补现有技术的不足，提供一种能更有效地利用贵金属催化剂的体系或方法。具体地，本发明提出了一种用于燃料电池或氢气净化装置中膜电极组件的电解液或分散液，其特征在于，包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。
根据本发明一具体实施方式，所述贵金属催化剂原子选自铂原子。
根据本发明一具体实施方式，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团占所述电解液或分散液中总重量的10％以下。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团占所述电解液或分散液中总重量的1％以下。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。
根据本发明一具体实施方式，所述电解液或分散液包括芳香族聚唑聚合物及磷酸；或，
所述电解液或分散液包括聚苯并咪唑聚合物及磷酸。所述磷酸可以是85-100％的磷酸。
根据本发明一具体实施方式，所述聚苯并咪唑由3,3',4,4'-四氨基联苯及间苯二甲酸制得。
本发明还提出了一种电解液或分散液中的可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团，在燃料电池或氢气净化装置中的膜电极组件的应用。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团选自由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来的多有机配体单原子铂溶液。
本发明涉及用于燃料电池和基于聚唑磷酸聚合物电解质膜(PEM)的氢净化装置的膜电极组件(MEA)中的可溶性或可分散的铂配体化合物的使用，当这些铂配体化合物吸附在包裹膜的碳层上时，可以更有效地利用贵金属催化剂，从而可以降低MEA制备过程中的催化剂水平。
具体实施方式
本发明的主要目的之一在于，提供一种能减少贵金属催化剂使用的体系或方法。
在电极制备过程，通常需向碳载体分散小颗粒贵金属催化剂，如铂，然而只有这些粒子的表面原子才是有效的催化剂，而那些低于表面且不与反应氢或氧接触的铂原子不能参与电极的主要功能。因此，这种催化剂的配置方式实际上增加了成本，且对产品的性能也没有提高。通常来说，相对于贵金属颗粒，铂原子作为催化剂，通过将活性催化剂位点的大小减小到原子水平，从而使负载在阳极或阴极的总铂能得到更充分地利用。该催化溶液中包括孤立的铂原子，这些铂原子由于与盐酸盐、以及PDMS和PEG配体的氧原子的相互作用而防止聚集的产生。据此，本发明提出了一种用于燃料电池或氢气净化装置中膜电极组件的电解液或分散液，其特征在于，包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。
根据本发明一具体实施方式，所述贵金属催化剂原子选自铂原子。
根据本发明一具体实施方式，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团占所述电解液或分散液中总重量的10％以下。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团占所述电解液或分散液中总重量的1％以下。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。
根据本发明一具体实施方式，所述电解液或分散液包括芳香族聚唑聚合物及磷酸；或，
所述电解液或分散液包括聚苯并咪唑聚合物及磷酸。所述磷酸可以是85-100％的磷酸。
根据本发明一具体实施方式，所述聚苯并咪唑由3,3',4,4'-四氨基联苯及间苯二甲酸制得。
本发明还提出了一种电解液或分散液中的可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团，在燃料电池或氢气净化装置中的膜电极组件的应用。
根据本发明一具体实施方式，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团选自由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来的多有机配体单原子铂溶液。
本领域技术人员清楚地知道，上述POLSAP的使用可以有许多方式，并不以实施方式所列举的为限。
可以将本发明的方法与传统方法制成的电极结合使用，或者与已经包含POLSAP催化剂的电极结合使用，或将这三种方法结合起来，在高温质子交换膜技术中使用POLSAP催化。
应当指出，以上仅实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池或氢气净化装置中膜电极组件的电解液或分散液，其特征在于，包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。
2.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述贵金属催化剂原子选自铂原子。
3.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。
4.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团占所述电解液或分散液中总重量的10％以下。
5.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团占所述电解液或分散液中总重量的1％以下。
6.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。
7.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述电解液或分散液包括芳香族聚唑聚合物及磷酸；或，
所述电解液或分散液包括聚苯并咪唑聚合物及磷酸。
8.根据权利要求1所述的电解液或分散液，其特征在于，所述聚苯并咪唑由3,3',4,4'-四氨基联苯及间苯二甲酸制得。
9.一种电解液或分散液中的可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团，在燃料电池或氢气净化装置中的膜电极组件的应用。
10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团选自由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来的多有机配体单原子铂溶液。
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Title
徐洪杰: "《上海光源首批线站设计与研制》", 31 January 2015, 上海：上海科学技术出版社 *

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