CN113782753A - 一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113782753A CN113782753A CN202111063416.4A CN202111063416A CN113782753A CN 113782753 A CN113782753 A CN 113782753A CN 202111063416 A CN202111063416 A CN 202111063416A CN 113782753 A CN113782753 A CN 113782753A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carrier
- fuel cell
- preparation
- exchange membrane
- proton exchange
- 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.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 63
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 26
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 10
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 claims description 10
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CLBRCZAHAHECKY-UHFFFAOYSA-N [Co].[Pt] Chemical compound [Co].[Pt] CLBRCZAHAHECKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N nickel platinum Chemical compound [Ni].[Pt] PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L platinum dichloride Chemical compound Cl[Pt]Cl CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 10
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 8
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。本发明质子交换膜燃料电池催化剂在制备时先进行载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，经过预处理后的碳载体粉体分散在适量的铂前驱体溶液中，超声分散，得到的含碳载体的铂前驱体水溶液微波加热，待降至室温，静置后离心洗涤或压滤洗涤，其后鼓风干燥即得到电催化剂。本发明制备得到的催化剂通过载体的预处理可以改善电催化剂载体比表面积、表面基团种类及数量，有效改善燃料电池电催化剂电化学活性、电化学耐久性，可降低膜电极贵金属用量，从而降低成本。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、零污染、运行安全可靠等特点,有望减少二氧化碳排放量,缓解能源危机,在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂作为燃料电池的关键材料，催化剂的成本与性能直接影响燃料电池的成本与性能，因此开发出高性能、低成本的催化剂非常迫切。
合适处理工艺后的载体制备性能优异的电催化剂可减少PEMFC的Pt载量,提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性,是广泛应用的电催化剂载体。现有商用炭黑载体对Pt的利用效率低,抗电化学腐蚀性较差。
发明内容
本发明的目的是在于为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。本发明质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，通过载体的预处理可以改善电催化剂载体比表面积、表面基团种类及数量，有效改善燃料电池电催化剂电化学活性、电化学耐久性，可降低膜电极贵金属用量，从而降低成本。
为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
(1)载体石墨化处理：将碳载体分散在适量的水中，得到碳载体的水性悬浮液，使用压滤设备对所述水性悬浮液进行压滤，得到含水率为2～20％的滤饼，将滤饼放入石墨化炉中焙烧，焙烧结束后得到石墨化碳载体粉体；
(2)载体表面基团调控技术：将步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体分散在15～100℃的载体浸泡溶液中浸泡，压滤洗涤至滤液的pH值为4～10，滤饼放在30～150℃的鼓风干燥箱中进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体。
(3)将步骤(2)中预处理后的碳载体粉体分散在适量的铂前驱体溶液中，超声分散，得到的含碳载体的铂前驱体水溶液微波加热，待降至室温，静置后离心洗涤或压滤洗涤，其后鼓风干燥即得到电催化剂。
进一步地，步骤(1)中所述碳载体是包括科琴黑碳粉及XC-72在内的高比表面积碳粉，所述碳粉的比表面积为200～2000m2/g。
进一步地，步骤(1)中所述碳载体的比表面积为500～700m2/g。
进一步地，步骤(1)中所述石墨化炉的温度为800～1800℃，石墨化炉内的气氛为氮气和/或氩气，焙烧时间为1～5h。
进一步地，步骤(2)中所述载体浸泡溶液为浓度为0.5～10mol/L的酸性或碱性溶液；
所述酸性溶液为硝酸、盐酸或柠檬酸溶液；
所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水溶液。
进一步地，步骤(3)中所述电催化剂是包括铂碳催化剂、铂钴催化剂、铂镍催化剂在内的含铂催化剂。
进一步地，步骤(3)中所述微波加热时微波炉的功率是100～3000W，加热时间是1～40min。
进一步地，步骤(2)和/或步骤(3)中所述鼓风干燥的温度为30～150℃。
进一步地，所述含铂催化剂的铂元素来自包括氯铂酸、氯铂酸钾、氯化铂或二亚硝基二氨铂在内的铂前驱体溶液，所述铂前驱体的浓度为0.5～600g/L。
第二方面，本发明实施例提供了一种质子交换膜燃料电池催化剂，采用上述的制备方法制备而成。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明所述的燃料电池电催化剂载体的预处理方法，使用原料简单，制备步骤、工艺设备简单，易于实现工业化生产。
2、本发明使用处理后的载体制备的电催化剂电化学性能较使用未处理载体制备的电催化剂性能优异。
3、本发明采用的载体预处理工艺提高了贵金属吸附点位数量，从而降低电催化剂制备过程中贵金属的损失率。
4、本发明采用的载体预处理工艺可以调整贵金属催化剂成品的亲疏水官能团数量，从而保证CCM在单体电池测试过程中系统的正常排水。
附图说明
图1是本发明对比例1制备的催化剂的循环伏安对比曲线。
图2是本发明实施例1制备的催化剂的循环伏安对比曲线。
图3是本发明实施例2制备的催化剂的循环伏安对比曲线。
图4是本发明实施例3制备的催化剂的循环伏安对比曲线。
图5是本发明实施例4制备的催化剂的循环伏安对比曲线
图6是本发明实施例5制备的催化剂的循环伏安对比曲线。
图7是本发明对比例1、实施例2制备的催化剂制作的CCM组装单电池的极化对比曲线。
图1-6中测量条件相同：电解质为氮气饱和的0.5M H2SO4；扫速：50mVs-1。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
(1)载体石墨化处理：将5g科琴黑碳载体超声分散在1000mL去离子水中，得到碳载体的水性悬浮液，使用压滤设备对所述水性悬浮液进行压滤，得到含水率为10％的滤饼，滤饼在氮气气氛保护的石墨化炉中在1700℃下焙烧1h，焙烧结束后得到石墨化碳载体粉体；
(2)载体表面基团调控技术：称取2g步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体，分散在50℃的浓度为5mol/L的500mL硝酸溶液中，超声分散15min，磁力搅拌1h后，洗涤至滤液呈中性，在120℃鼓风干燥箱中对载体进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体；
(3)称取上述预处理后的碳载体0.2g超声分散在162mL浓度为1.85g Pt/L的氯铂酸溶液中，加入氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至10，在功率为1000W的微波炉中微波加热5min，冷却至室温后静置并离心洗涤，其后放入120℃鼓风干燥箱进行干燥，得到含铂催化剂粉体。
实施例2
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
(1)载体石墨化处理：将5g科琴黑碳载体超声分散在1000mL去离子水中，得到碳载体的水性悬浮液，使用压滤设备对所述水性悬浮液进行压滤，得到含水率为10％的滤饼，滤饼在氮气气氛保护的石墨化炉中在1600℃下焙烧1h，焙烧结束后得到石墨化碳载体粉体；
(2)载体表面基团调控：称取2g步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体，分散在50℃的浓度为5mol/L的500mL硝酸溶液中，超声分散15min，磁力搅拌1h后，洗涤至滤液呈中性，在120℃鼓风干燥箱中对载体进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体；
(3)称取上述预处理后的碳载体0.2g超声分散在162mL浓度为1.85g Pt/L的氯铂酸溶液中，加入氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至10，在功率为1000W的微波炉中微波加热5min，冷却至室温后静置并离心洗涤，其后放入120℃鼓风干燥箱进行干燥，得到含铂催化剂粉体。
实施例3
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
(1)载体石墨化处理：按实施例1步骤(1)的制备方法得到石墨化碳载体粉体；
(2)载体表面基团调控：称取中2g步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体，分散在50℃浓度为1mol/L的500mL柠檬酸溶液中，超声分散15min，磁力搅拌1h后，洗涤至滤液呈中性，在120℃鼓风干燥箱对载体进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体；
(3)称取上述预处理后的碳载体0.2g超声分散在162mL浓度为1.85g Pt/L的氯铂酸溶液中，加入氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至10，在功率为1000W的微波炉中微波加热5min，冷却至室温后静置并离心洗涤，其后放入120℃鼓风干燥箱进行干燥，得到含铂催化剂粉体。
实施例4
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
(1)载体石墨化处理：按实施例1步骤(1)的制备方法得到石墨化碳载体粉体；
(2)载体表面基团调控：称取2g步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体，分散在50℃浓度为1mol/L的500mL氢氧化钠水溶液中，超声分散15min，磁力搅拌1h后，压滤洗涤至滤液呈中性，在120℃鼓风干燥箱中对载体进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体。
(3)称取上述预处理后的碳载体0.2g超声分散在162mL浓度为1.85g Pt/L的氯铂酸溶液中，加入氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至10，在功率为1000W的微波炉中微波加热5min，冷却至室温后静置并离心洗涤，其后放入120℃鼓风干燥箱进行干燥，得到含铂催化剂粉体。
实施例5
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
(1)载体石墨化处理：按实施例3步骤(1)的制备方法得到石墨化碳载体粉体；
(2)载体表面基团调控：称取2g步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体，分散在50℃浓度为1mol/L的500mL氢氧化钠水溶液中，超声分散15min，磁力搅拌1h后，压滤洗涤至滤液呈中性，在120℃鼓风干燥箱中对载体进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体。
(3)称取上述预处理后的碳载体0.2g超声分散在162mL浓度为1.85g Pt/L的氯铂酸溶液中，加入氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至10，在功率为1000W的微波炉中微波加热5min，冷却至室温后静置并离心洗涤，其后放入120℃鼓风干燥箱进行干燥，得到含铂催化剂粉体。
对比例1
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将0.2g未经过任何预处理的科琴黑碳载体超声分散在162mL浓度为1.85gPt/L的氯铂酸溶液中，加入氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至10，在功率为1000W的微波炉中微波加热5min，冷却至室温后静置并离心洗涤，其后放入120℃鼓风干燥箱进行干燥，得到含铂催化剂粉体。
对比例1、实施例1～5中的碳载体经预处理后其比表面积见表1所示：
表1是本发明对比例1、实施例1～5预处理后载体的比表面积
表1是本发明对比例1未进行预处理前的碳载体的比表面积和实施例1-5预处理后碳载体的比表面积对照数据，从上述数据对比可以看出，碳载体预处理方式不同，处理后的碳载体的比表面积有些许差异，其中对比例1中碳载体未经过任何处理比表面积较大，而实施例1-5中比表面积变小说明碳载体的石墨化处理成功。
图1-6中是对比例1和实施例1-5制备的催化剂的循环伏安曲线，其中实施例2的循环伏安曲线中氢脱附峰面积较其他对比例、实施例大，而氢脱附峰面积可以在某个方面代表催化剂电化学活性即催化剂性能，面积越大活性越强。
图7是对比例1和实施例2的催化剂制作成的膜电极的极化曲线，通过对比可以发现实施例2的样品在大电流时性能较好，说明实施例2的载体与处理方法可以改善膜电极的大电流排水性能。
由此可见，不同石墨化程度下的碳载体对电催化剂的耐电化学腐蚀性能有不同程度的改善，不同预处理条件可以优化载体表面基团种类及数量。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：
（1）载体石墨化处理：将碳载体分散在适量的水中，得到碳载体的水性悬浮液，使用压滤设备对所述水性悬浮液进行压滤，得到含水率为2~20%的滤饼，将滤饼放入石墨化炉中焙烧，焙烧结束后得到石墨化碳载体粉体；
（2）载体表面基团调控技术：将步骤（1）得到的石墨化碳载体粉体分散在15~100℃的载体浸泡溶液中浸泡，压滤洗涤至滤液的pH值为4~10，滤饼放在30~150℃的鼓风干燥箱中进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体；
（3）将步骤（2）中预处理后的碳载体粉体分散在适量的铂前驱体溶液中，超声分散，得到的含碳载体的铂前驱体水溶液微波加热，待降至室温，静置后离心洗涤或压滤洗涤，其后鼓风干燥即得到电催化剂。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述碳载体是包括科琴黑碳粉及XC-72在内的高比表面积碳粉，所述碳粉的比表面积为200~2000 m2/g。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述碳载体的比表面积为500~700 m2/g。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述石墨化炉的温度为800~1800℃，石墨化炉内的气氛为氮气和/或氩气，焙烧时间为1~5h。
5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述载体浸泡溶液为浓度为0.5~10mol/L的酸性或碱性溶液；
所述酸性溶液为硝酸、盐酸或柠檬酸溶液；
所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水溶液。
6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述电催化剂是包括铂碳催化剂、铂钴催化剂、铂镍催化剂在内的含铂催化剂。
7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述微波加热时微波炉的功率是100~3000W，加热时间是1~40min。
8.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）和/或步骤（3）中所述鼓风干燥的温度为30~150℃。
9.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述含铂催化剂的铂元素来自包括氯铂酸、氯铂酸钾、氯化铂或二亚硝基二氨铂在内的铂前驱体溶液，所述铂前驱体的浓度为0.5~600 g/L。
10.一种质子交换膜燃料电池催化剂，其特征在于，采用权利要求1-9之一所述的制备方法制备而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111063416.4A CN113782753A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111063416.4A CN113782753A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113782753A true CN113782753A (zh) | 2021-12-10 |
Family
ID=78842621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111063416.4A Pending CN113782753A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113782753A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101108342A (zh) * | 2007-07-18 | 2008-01-23 | 北京交通大学 | 一种有序碳载质子交换膜燃料电池催化剂及制备方法 |
| CN101229512A (zh) * | 2007-10-09 | 2008-07-30 | 新源动力股份有限公司 | 一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法 |
| CN104037430A (zh) * | 2006-03-29 | 2014-09-10 | 株式会社科特拉 | 燃料电池用导电性碳载体、燃料电池用电极催化剂以及具备该电极催化剂的固体高分子型燃料电池 |
| CN106532075A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-03-22 | 南京大学 | 一种高Pt载量的燃料电池用Pt/C催化剂的制备方法 |
-
2021
- 2021-09-10 CN CN202111063416.4A patent/CN113782753A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104037430A (zh) * | 2006-03-29 | 2014-09-10 | 株式会社科特拉 | 燃料电池用导电性碳载体、燃料电池用电极催化剂以及具备该电极催化剂的固体高分子型燃料电池 |
| CN101108342A (zh) * | 2007-07-18 | 2008-01-23 | 北京交通大学 | 一种有序碳载质子交换膜燃料电池催化剂及制备方法 |
| CN101229512A (zh) * | 2007-10-09 | 2008-07-30 | 新源动力股份有限公司 | 一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法 |
| CN106532075A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-03-22 | 南京大学 | 一种高Pt载量的燃料电池用Pt/C催化剂的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108428906B (zh) | 一种以MOF为模板的低Pt载量燃料电池催化剂的制备方法 | |
| CN102024965B (zh) | 一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法 | |
| CN112968184B (zh) | 一种三明治结构的电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110556546B (zh) | 一种氮、氧共掺杂分级多孔碳材料及其制备方法 | |
| CN106111130B (zh) | 一种多孔超高比表面积IrO2析氧催化剂及其制备方法 | |
| CN113540481B (zh) | 一种质子交换膜燃料电池铂钴合金碳催化剂及其制备方法 | |
| CN112151817B (zh) | 一种直接甲醇燃料电池用铜基阳极催化剂及其制备方法 | |
| CN111106357A (zh) | 一种基于刻蚀处理碳载体的铂基催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN104716335B (zh) | 一种液流电池用电极及制备和应用 | |
| CN113611874A (zh) | 复合碳载体合金催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN114583191A (zh) | 一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法 | |
| CN113594480B (zh) | 一种杂原子共掺杂的非贵金属基碳材料及其制备方法、应用 | |
| CN113381034B (zh) | 一种聚吡咯凝胶负载铜磷原子复合材料的制备方法及应用 | |
| CN112151816B (zh) | 直接甲醇燃料电池阳极用钴基复合物催化剂及其制备方法 | |
| CN112397732A (zh) | 一种orr催化剂材料及其制备方法和用途 | |
| CN114079071B (zh) | 一种自支撑膜电极的制备方法及其应用 | |
| CN109585857B (zh) | 一种燃料电池用氮掺杂碳载铂基催化剂的制备方法 | |
| CN100337353C (zh) | 直接醇类燃料电池用Pt－Ru－Ni/C催化剂的制备方法 | |
| CN116014157A (zh) | 一种碳量子点负载的炭黑材料及其制备方法和应用、质子交换膜燃料电池用阴极催化剂 | |
| CN113782753A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法 | |
| CN115395026A (zh) | 一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110085875B (zh) | 一种缓解含合金催化层衰减的多层催化层及其制备方法 | |
| CN110957496B (zh) | 一种燃料电池催化剂、其制备方法和在燃料电池中的应用 | |
| CN117117274B (zh) | 一种甲酸燃料电池及其制备方法 | |
| CN113054211B (zh) | 一种用于质子交换膜燃料电池的包覆类催化材料及其制备方法和应用 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211210 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |