TWI789599B - 燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合 - Google Patents
燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI789599B TWI789599B TW109121887A TW109121887A TWI789599B TW I789599 B TWI789599 B TW I789599B TW 109121887 A TW109121887 A TW 109121887A TW 109121887 A TW109121887 A TW 109121887A TW I789599 B TWI789599 B TW I789599B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- nanoparticles
- protective layer
- catalyst
- precursor
- platinum
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 99
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 82
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 47
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 claims description 27
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 14
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DCQBZYNUSLHVJC-UHFFFAOYSA-N 3-triethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCS DCQBZYNUSLHVJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 5
- 229910017392 Au—Co Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017390 Au—Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017398 Au—Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020632 Co Mn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020630 Co Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002440 Co–Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020678 Co—Mn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002839 Pt-Mo Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002848 Pt–Ru Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002846 Pt–Sn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910018879 Pt—Pd Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002787 Ru-Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002793 Ru–Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020926 Sn-W Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 claims description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 21
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 12
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 7
- MUMZUERVLWJKNR-UHFFFAOYSA-N oxoplatinum Chemical compound [Pt]=O MUMZUERVLWJKNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 7
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 229910002845 Pt–Ni Inorganic materials 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 2
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005575 poly(amic acid) Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- IHOYHKVQNJDASX-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS.CO[Si](OC)(OC)CCCS IHOYHKVQNJDASX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical group OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 125000005619 boric acid group Chemical group 0.000 description 1
- JHRWWRDRBPCWTF-OLQVQODUSA-N captafol Chemical group C1C=CC[C@H]2C(=O)N(SC(Cl)(Cl)C(Cl)Cl)C(=O)[C@H]21 JHRWWRDRBPCWTF-OLQVQODUSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 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
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005462 imide group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002091 nanocage Substances 0.000 description 1
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 125000000565 sulfonamide group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 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
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- 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
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
- H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
-
- 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
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
-
- 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
-
- 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
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/923—Compounds thereof with non-metallic elements
-
- 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
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本發明揭露了一種燃料電池之觸媒、其製造方法及包含其
之膜電極組合，所述觸媒被配置成使得僅催化活性相對為低、鉑遷移量最大並且容易形成氧化鉑的一部分被選擇性地塗佈以保護層，藉此可有效地防止由於燃料電池的長期運作而導致的觸媒劣化，同時使催化活性的降低最小化。所述觸媒包括含有鉑的奈米顆粒及僅選擇性地塗佈在奈米顆粒的表面的一部分上的保護層，所述保護層被配置成與奈米顆粒交互作用，以抑制鉑的氧化。
Description
本揭露是有關於一種燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合，且更具體而言，是有關於一種如下燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合，所述觸媒被配置成使得僅催化活性相對為低、鉑遷移量最大並且容易形成氧化鉑的一部分被選擇性地塗佈以保護層，藉此可有效地防止由於燃料電池的長期運作而導致的觸媒劣化，同時使催化活性的降低最小化。
聚合物電解質膜燃料電池(polymer electrolyte membrane fuel cell，PEMFC)由於其高能量效率及環境友好特性已作為能夠替代化石燃料的下一代能源而引起了人們的關注，所述聚合物電解質膜燃料電池被配置成使用其中堆疊有各自包括膜電極組合(membrane-electrode assembly，MEA)及隔板(亦被稱為雙極板)的單元電池的結構來產生電。
膜電極組合一般包括陽極(亦被稱為燃料電極)、陰極(亦被稱為空氣電極)及設置在其間的聚合物電解質膜。
當例如氫氣等燃料被供應至陽極時，由於氫的氧化反應，在陽極處產生氫離子(H+)及電子(e-)。所產生的氫離子經由聚合物電解質膜轉移至陰極，且所產生的電子經由外部電路轉移至陰極。供應至陰極的氧與氫離子及電子結合，並且由於還原而產生水。
陽極及陰極分別包括用於氫的氧化反應及氧的還原反應的觸媒，其中一般使用含有鉑奈米顆粒或鉑系合金奈米顆粒的觸媒。
當燃料電池長時間運作時，由於高電壓及高酸性環境會導致鉑的遷移及/或氧化，由此加速觸媒的劣化。因此，為增加燃料電池的耐久性及壽命，在燃料電池的長期運作中防止觸媒的劣化是極為重要的。
韓國專利第1702929號及第1828175號提出用碳殼覆蓋金屬奈米顆粒的整個表面，以防止觸媒的劣化。
在每一上述先前技術文獻中揭露的碳殼覆蓋觸媒的金屬奈米顆粒的整個表面。因此，觸媒的活性表面積減小，並且例如燃料、空氣及生成的水等材料的遞送受到干擾，由此降低了膜電極組合的輸出效能。
因此，本揭露是有關於能夠解決由於上述相關技術的限制及缺點而導致的問題的燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合。
本揭露的一個態樣是提供一種燃料電池之觸媒，所述觸媒被配置成使得僅催化活性相對為低、鉑遷移量最大並且容易形成氧化鉑的一部分被塗佈以保護層，藉此可有效地防止由於燃料電池的長期運作而導致的觸媒劣化，同時使催化活性的降低最小化。
本揭露的另一態樣是提供一種製造燃料電池之觸媒的方法，所述觸媒被配置成使得僅催化活性相對為低、鉑遷移量最大並且容易形成氧化鉑的一部分被塗佈以保護層，藉此可有效地防止由於燃料電池的長期運作而導致的觸媒劣化，同時使催化活性的降低最小化。
本揭露的另一態樣是提供一種包括觸媒的膜電極組合，所述觸媒被配置成使得可有效地防止由於燃料電池的長期運作而導致的觸媒劣化，同時使催化活性的降低最小化，藉此可長時間保持燃料電池的效能並增加燃料電池的壽命。
除上述目的之外，本揭露的其他特徵及優點將在下文中進行闡述，或者將由熟習本揭露所屬技術者自其以下描述中清楚地理解。
根據本揭露的態樣，提供一種燃料電池之觸媒，所述觸媒包括：奈米顆粒，含有鉑；以及保護層，僅塗佈在所述奈米顆粒的表面的一部分上，所述保護層被配置成與所述奈米顆粒交互作用以抑制所述鉑的氧化。
所述奈米顆粒的所述表面的被所述保護層塗佈的所述部分可包括低配位位置(low-coordinated site)。
所述奈米顆粒可具有面心立方體(face centered cubic，FCC)結構，並且所述低配位位置可為(110)晶面(crystal plane)。
僅所述奈米顆粒的所述低配位位置可被所述保護層塗佈。
所述保護層可含有能夠被吸附至所述奈米顆粒的所述表面的所述部分的硫(S)原子。
所述保護層可藉由具有硫醇基(-SH)的前驅物的交聯形成，由此所述保護層可具有交聯結構。
所述具有硫醇基的前驅物可為(i)具有硫醇基的碳前驅物、(ii)具有硫醇基的氧化矽前驅物、(iii)具有硫醇基的金屬前驅物、(iv)具有硫醇基的金屬氧化物前驅物、或(v)其二者或更多者的混合物。
所述具有硫醇基的前驅物可為(3-巰丙基)三乙氧基矽烷((3-mercaptopropyl)triethoxysilane，MPTES)、(3-巰丙基)三甲氧基矽烷((3-mercaptopropyl)trimethoxysilane，MPTMS)或其混合物。
所述奈米顆粒可為鉑奈米顆粒或鉑系合金奈米顆粒。
所述鉑系合金奈米顆粒可為Pt-Pd、Pt-Mn、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Ir、Pt-Ru-Ni、Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Ru-Ir-Ni、Pt-Ru-Ir-Y、Pt-Co、Pt-Co-Mn、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr或Pt-Cr-Ir。
所述觸媒可更包括支撐所述奈米顆粒的支撐件。
根據本揭露的另一態樣，提供一種製造燃料電池之觸媒的方法，所述方法包括：製備含有鉑的奈米顆粒；以及用能夠與所述奈米顆粒交互作用的保護層僅塗佈所述奈米顆粒的表面的一部分，以抑制所述鉑的氧化。
所述奈米顆粒可被支撐件支撐。
所述塗佈可包括：製備含有具有硫醇基的前驅物的保護層形成液體(protective layer-forming liquid)；將所述奈米顆粒分散在所述保護層形成液體中，使得所述前驅物僅吸附至所述奈米顆粒中的每一者的表面的一部分；自所述保護層形成液體分離吸附有所述前驅物的所述奈米顆粒；對所分離的所述奈米顆粒進行乾燥；以及對經乾燥的所述奈米顆粒進行熱處理以交聯所述前驅物。
所述保護層形成液體可包括：溶劑，選自由乙醇、蒸餾水、異丙醇、正丙醇、丁醇及其二者或更多者的混合物組成的群組；以及所述前驅物，溶解在所述溶劑中。
所述保護層形成液體中的所述前驅物的莫耳濃度可為0.25毫莫耳每升(mM)至2毫莫耳每升。
所述保護層形成液體中包含的所述前驅物對分散在所述保護層形成液體中的所述奈米顆粒的重量比可為2.5%至20%。
所述分離所述奈米顆粒可藉由離心分離執行。
根據本揭露的又一態樣，提供一種膜電極組合，所述膜電極組合包括：陽極；陰極；以及聚合物電解質膜，位於所述陽極與所述陰極之間，其中所述陽極及所述陰極中的至少一者包括上述觸媒。
提供以上給出的對本揭露的一般描述僅僅是為了例示或描述本揭露，而並不限制本揭露的權利範圍。
根據本揭露，僅催化活性相對為低、鉑遷移量最大並且容易形成氧化鉑的一部分(即，低配位位置)被塗佈以保護層，藉此可有效地防止由於燃料電池的長期運作而導致的觸媒劣化，同時使催化活性的降低最小化。因此，可長時間保持燃料電池的效能並增加燃料電池的壽命。
10:觸媒
11:奈米顆粒
12:保護層
13:支撐件
圖1為示出根據本揭露實施例的燃料電池之觸媒的示意圖。
圖2為曲線圖，其示出藉由相對於根據實例1至實例3及比
較例1及比較例2製造的觸媒執行循環伏安法(cyclic voltammetry，CV)而獲得的每個氫解吸峰處的低配位位置峰(0.15伏特)對高配位位置峰(0.2伏特)的高度比(即，(低配位位置峰的高度)/(高配位位置峰的高度))。
圖3的(a)及圖3的(b)為曲線圖，其分別示出在每10,000個電壓循環的循環週期中，根據實例2及實例3以及比較例1及比較例2製造的觸媒的電化學活性表面積(electrochemically active surface area，ECSA)保留率的變化及催化活性保留率的變化。
被包括在內以幫助理解本揭露、並且被併入本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖示出本揭露的實施例，並且用於與本揭露的詳細描述一起闡釋本揭露的原理。
在下文中，將參照附圖詳細描述本揭露的實施例。然而，示例性地提供以下實施例僅僅是為了清楚理解本揭露，而並不限制本揭露的範圍。
如圖1所示，根據本揭露的燃料電池之觸媒10包括含有鉑的奈米顆粒11及僅選擇性地塗佈在奈米顆粒11的表面的一部分上的保護層12。
本文中使用的術語「奈米顆粒」意指大小為1奈米或大於1奈米但小於1微米的顆粒。
根據本揭露的保護層12不僅可物理抑制鉑自奈米顆粒11
的遷移及鉑的氧化，而且還可藉由與奈米顆粒11的電子交互作用而化學抑制鉑的氧化。
奈米顆粒11的表面的選擇性地塗佈有保護層12的一部分是低配位位置，所述位置是催化活性相對為低、鉑遷移量最大並且容易形成氧化鉑的區域。
亦即，根據本揭露，僅低配位位置(其為催化活性相對為低且有可能最過度發生鉑劣化的部分)選擇性地塗佈有保護層12，藉此可使活性表面積的減少最小化。根據本揭露的觸媒10的活性表面積為無保護層的傳統觸媒的活性表面積的50%至90%。
因此，根據本揭露，可使催化活性的降低最小化(否則可能會由於活性表面積的減少而導致催化活性的降低)，且同時可有效地防止觸媒10的劣化。因此，根據本揭露，可長時間保持燃料電池的優異效能，並增加燃料電池的壽命。
一般而言，根據本揭露的奈米顆粒11具有面心立方體(FCC)結構，並且低配位位置是(110)晶面。因此，根據本揭露的實施例，奈米顆粒11的表面的選擇性地塗佈有保護層12的一部分可包括(110)晶面。視情況，僅奈米顆粒11的(110)晶面可被塗佈以保護層12。
奈米顆粒11可具有不同於面心立方體結構的晶格結構，例如體心立方體(body centered cubic，BCC)結構。在此種情形中，將被塗佈以保護層12的低配位位置可為(110)晶面、(111)晶面、(100)晶面及/或(211)晶面。
保護層12可含有能夠被吸附至奈米顆粒11的低配位位置的硫(S)原子。更具體而言，保護層12可具有硫醇基(-SH)。表現出高電負性的硫醇基(-SH)的硫(S)原子被強烈吸附至由鉑或鉑系合金製成的奈米顆粒11的低配位位置(例如，FCC晶格結構的(110)晶面)。
根據本揭露的實施例，保護層12可藉由交聯具有硫醇基的前驅物來形成，由此保護層可具有交聯結構。由具有線性結構的硫醇化合物(例如，烷硫醇)形成的保護層具有低穩定性，乃因硫醇化合物的主鏈可能容易斷裂。亦即，相較於具有線性結構的保護層，根據本揭露實施例的具有交聯結構的保護層12可更穩定地並且在更長的時間內執行防止觸媒劣化的功能，此對於保護層而言是必要的。
具有硫醇基的前驅物可為(i)具有硫醇基的碳前驅物、(ii)具有硫醇基的氧化矽前驅物、(iii)具有硫醇基的金屬前驅物、(iv)具有硫醇基的金屬氧化物前驅物、或(v)其二或更多者的混合物。舉例而言，具有硫醇基的前驅物可為(3-巰丙基)三乙氧基矽烷(MPTES)、(3-巰丙基)三甲氧基矽烷(MPTMS)或其混合物。
奈米顆粒11可為鉑奈米顆粒或鉑系合金奈米顆粒。
鉑系合金奈米顆粒可為Pt-Pd、Pt-Mn、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Ir、Pt-Ru-Ni、Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Ru-Ir-Ni、Pt-Ru-Ir-Y、Pt-Co、Pt-Co-Mn、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-
Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr或Pt-Cr-Ir。
如圖1所示，根據本揭露實施例的燃料電池之觸媒10可更包括支撐奈米顆粒11的支撐件13。圖1示出所有奈米顆粒11皆設置在支撐件13的表面上。然而，本揭露並非僅限於此。至少一些奈米顆粒11可滲透支撐件13並填充其孔隙。
支撐件13可為(i)碳系支撐件、(ii)多孔無機氧化物支撐件，例如氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽及二氧化鈰、或(3)沸石支撐件。
碳系支撐件可選自由石墨、超級P、碳纖維、碳片、碳黑、科琴黑(Ketjen black)、超導電乙炔碳黑(Denka black)、乙炔黑、碳奈米管(carbon nanotube，CNT)、碳球、碳色帶、富勒烯、活性碳、碳奈米纖維、碳奈米線、碳奈米球、碳奈米角、碳奈米籠、碳奈米環、有序奈米/介孔碳、碳氣凝膠、介孔碳、石墨烯、穩定碳、活性碳及其二或更多者的組合。
在下文中，將詳細描述根據本揭露實施例的製造燃料電池之觸媒的方法。
根據本揭露的製造燃料電池之觸媒的方法包括：製備含有鉑的奈米顆粒11；以及用能夠與奈米顆粒11交互作用的保護層12選擇性地僅塗佈奈米顆粒11的表面的一部分，以抑制鉑的氧化。
如前所述，奈米顆粒11可由支撐件13(例如，碳系支撐
件)支撐。
根據本揭露的實施例，所述塗佈可包括(i)製備含有具有硫醇基的前驅物的保護層形成液體；(ii)將奈米顆粒11分散在所述保護層形成液體中，使得前驅物選擇性地僅吸附至奈米顆粒11中的每一者的表面的一部分；(iii)自保護層形成液體分離選擇性地吸附有所述前驅物的奈米顆粒11；(iv)對所分離的奈米顆粒11進行乾燥；以及(v)對經乾燥的奈米顆粒11進行熱處理以交聯選擇性地吸附至奈米顆粒11中的每一者的表面的一部分的前驅物，並因此形成保護層12。
保護層形成液體可藉由將前驅物溶解在選自由乙醇、蒸餾水、異丙醇、正丙醇、丁醇及其二或更多者的混合物組成的群組中的溶劑中來獲得。先前描述了具有硫醇基的前驅物的具體實例，且因此對其不再予以贅述。
保護層形成液體中的前驅物的莫耳濃度可為0.25毫莫耳每升至2毫莫耳每升。
保護層形成液體中含有的前驅物對分散在保護層形成液體中的奈米顆粒11的重量比可為2.5%至20%，更佳地為5%至10%。
若重量比小於2.5%，則不可能在奈米顆粒11的整個低配位位置上形成保護層12，且因此不可能充分防止觸媒10的劣化。
另一方面，若重量比大於20%，則保護層12亦塗佈在奈米顆粒11的除低配位位置之外的部分上，由此觸媒活性表面積顯
著減少，且因此觸媒10的活性嚴重降低。亦即，當奈米顆粒11分散在保護層形成液體中時，具有硫醇基的前驅物首先被吸附至奈米顆粒11的低配位位置。然而，一旦奈米顆粒11的低配位位置中的前驅物飽和，前驅物便進一步吸附至奈米顆粒11的高配位位置。因此，為達成本揭露的期望效果，在上述範圍內適當地調節前驅物對奈米顆粒11的重量比是極為重要的。
視情況，可將其中分散有奈米顆粒11的保護層形成液體攪拌一天或兩天，以加速前驅物的吸附。
可執行離心分離以自保護層形成液體分離選擇性地吸附有前驅物的奈米顆粒11。
自保護層形成液體分離的奈米顆粒11在40℃至80℃下乾燥12至36小時，由此選擇性地吸附至每個奈米顆粒11的表面的一部分的前驅物被交聯，並且因此生成根據本揭露的保護層12。
如此獲得的根據本揭露的燃料電池之觸媒10可與離子聚合物一起分散在分散介質中，以製備分散溶液，並且可使用所述分散溶液形成膜電極組合的陽極及/或陰極。
根據本揭露的膜電極組合可藉由以下方式製造：(i)使用分散溶液形成電極，且然後將電極轉移至聚合物電解質膜，或者(ii)將分散溶液直接塗佈在聚合物電解質膜上以形成電極。膜電極組合包括陽極、陰極及設置在其間的聚合物電解質膜，其中陽極及陰極中的至少一者包括根據本揭露的觸媒10。
與燃料電池之觸媒10一起分散在分散介質中的離子聚合
物被提供用於氫離子轉移，並且可用作黏合劑以增強電極與聚合物電解質膜之間的黏附。離子聚合物可為具有至少一個質子交換基(proton exchange group)的質子導體，所述質子交換基選自由磺酸基、羧基、硼酸基、磷酸基、醯亞胺基、磺醯亞胺基、磺醯胺基、磺酸氟基(sulfonic acid fluoride group)及其組合組成的群組。具體而言，根據本揭露實施例的離子聚合物可為(i)具有磺酸基及/或羧基的氟系質子導體，(ii)具有磺酸基及/或羧基的烴系質子導體，或(iii)其混合物。
較佳地，調節分散溶液中觸媒10的含量，使得觸媒10的重量為電極總重量的20重量%至80重量%。若電極中觸媒10的含量小於20重量%，則可能不滿足電極所需的催化活性。另一方面，若電極中觸媒10的含量大於80重量%，則可能導致觸媒10的聚集，此會減少觸媒10的活性表面積並降低其催化活性。
在下文中，將參照具體實例詳細描述本揭露。然而，給出以下實例僅僅是為了幫助理解本揭露，而並非限制本揭露的權利範圍。
實例1至實例3
將(3-巰丙基)三乙氧基矽烷(MPTES)溶解在了乙醇中以製備保護層形成液體，且然後將Pt/C觸媒分散在了保護層形成液體中。保護層形成液體中的MPTES對分散的Pt/C觸媒中的Pt的重量比及保護層形成液體中MPTES的莫耳濃度示於下表1中。將其中分散有Pt/C觸媒的保護層形成液體混合了24小時，且然後
執行了三次離心分離以移除乙醇及殘留的MPTES。將因此獲得的選擇性地吸附有MPTES的Pt/C觸媒在真空烘箱中於60℃下乾燥了24小時，由此完成「上面選擇性地塗佈有保護層的Pt/C觸媒」。
比較例1
使用與在實例中使用的Pt/C觸媒相同的觸媒，不在其上面形成保護層。
比較例2
將作為相對於鉑晶面無選擇性的一種聚合物的聚醯亞胺塗佈在了每個Pt奈米顆粒的整個被暴露出的表面上以製備觸媒。具體而言，將用作聚醯亞胺前驅物的聚醯胺酸與在實例中使用的相同Pt/C觸媒一起引入NMP溶劑中，且然後將其分散在其中。聚醯胺酸對觸媒的重量比為3重量%。在室溫下將分散的溶液混合了24小時，且然後執行了幾次離心分離以移除殘留的聚醯胺酸。將如此獲得的觸媒在300℃下的氮氣氣氛中熱處理了3小時，以使塗佈在觸媒上的聚醯胺酸醯亞胺化。因此，獲得了聚醯亞胺聚合物塗佈於分散在碳支撐件上的Pt奈米顆粒的整個被暴露出的表面上的觸媒。
實驗例
對於根據實例及比較例製造的觸媒，使用以下方法量測
了(i)保護層的吸附選擇性及(ii)電化學耐久性。
藉由超音波分散將每種觸媒分散在了異丙醇與水以7：3的體積比混合的混合溶液中，以製造油墨。混合溶液中觸媒的濃度為1.6毫克/毫升(mg/ml)。隨後，將油墨澆鑄在旋轉圓碟電極(rotating disk electrode，RDE)上，且然後進行乾燥以製造電極。在0.1莫耳/升(M)HClO4水溶液電解質中，相對於所獲得的電極執行了半電池測試(half cell test)。藉由循環伏安法(cyclic voltammetry，CV)、使用在室溫下在其中N2飽和的0.1莫耳/升的HClO4水溶液電解質中獲得的位於0.05伏特與0.4伏特之間的氫解吸峰研究了觸媒的電化學活性表面積及MPTES相對於Pt的選擇性吸附。隨後，使電解質中的O2飽和，量測了藉由線性掃描伏安法(linear sweep voltammetry，LSV)獲得的0.9伏特下的電流值，並由此計算出觸媒的活性。此外，為評價電化學耐久性，在O2飽和的電解質中執行了0.6伏特至1.0伏特的電壓循環，並且在30,000次循環後量測活性表面積的減少及活性的降低。
圖2為曲線圖，其示出藉由相對於根據實例1至實例3及比較例1及比較例2製造的觸媒執行循環伏安法(CV)而獲得的每個氫解吸峰處的低配位位置峰(0.15伏特)對高配位位置峰(0.2伏特)的高度比(即，(低配位位置峰的高度)/(高配位位置峰的高度))。
如自圖2可看出，相對於低配位位置的選擇性越大，則峰高比越高。其中未形成選擇性保護層的比較例1表現出最低的
峰高比(0.754)，並且類似於比較例1，其中每個奈米顆粒的整個被暴露出的表面皆塗佈有聚醯亞胺的比較例2亦表現出0.756的低峰高比。相比之下，所有實例(其中每一者皆形成有選擇性保護層)表現出較比較例高的峰高比。
實例2表現出最高的峰高比，而其中前驅物的用量相對較大的實例3表項出相對低的峰高比。此揭示出：用於形成保護層的前驅物首先被吸附至Pt的低配位位置，並且在低配位位置飽和之後，被吸附至Pt的高配位位置。亦即，其表明根據本揭露的保護層在優先基礎上形成在Pt的低配位位置上。
圖3的(a)及圖3的(b)為曲線圖，其分別示出在每10,000個電壓循環的循環週期中，根據實例2及實例3以及比較例1及比較例2製造的觸媒的電化學活性表面積(ECSA)保留率的變化及催化活性保留率的變化。
可看出，當執行電壓循環時，比較例1(其中未形成選擇性保護層)的觸媒及比較例2(其中每個奈米顆粒的整個被暴露出的表面被塗佈以聚醯亞胺)的觸媒的電化學活性表面積及催化活性兩者皆急劇降低。
相比之下，可看出，實例2及實例3的觸媒的電化學活性表面積及催化活性由於電壓循環的降低速率遠小於比較例的降低速率。
綜上所述，自圖2及圖3可見，根據本揭露的上面選擇性地形成有保護層的觸媒的電化學耐久性大大提高，同時使原本
由於存在保護層而可能導致的催化活性的降低最小化。
10:觸媒
11:奈米顆粒
12:保護層
13:支撐件
Claims (15)
- 一種燃料電池之觸媒，所述觸媒包括：奈米顆粒，含有鉑；以及保護層，僅塗佈在所述奈米顆粒的表面的一部分上，所述保護層被配置成與所述奈米顆粒交互作用以抑制所述鉑的氧化，其中所述奈米顆粒的所述表面的被所述保護層塗佈的所述部分包括低配位位置，且所述保護層含有被吸附至所述奈米顆粒的所述低配位位置的硫原子。
- 如請求項1所述的觸媒，其中所述奈米顆粒具有面心立方體(FCC)結構，並且所述低配位位置是(110)晶面。
- 如請求項1所述的觸媒，其中僅所述奈米顆粒的所述低配位位置被所述保護層塗佈。
- 如請求項1所述的觸媒，其中所述保護層藉由具有硫醇基(-SH)的前驅物的交聯形成，由此所述保護層具有交聯結構。
- 如請求項4所述的觸媒，其中所述具有硫醇基的前驅物是(i)具有硫醇基的碳前驅物、(ii)具有硫醇基的氧化矽前驅物、(iii)具有硫醇基的金屬前驅物、(iv)具有硫醇基的金屬氧化物前驅物、或(v)其二者或更多者的混合物。
- 如請求項4所述的觸媒，其中所述具有硫醇基的前驅物是(3-巰丙基)三乙氧基矽烷(MPTES)、(3-巰丙基)三甲氧基矽烷(MPTMS)或其混合物。
- 如請求項1所述的觸媒，其中所述奈米顆粒是鉑奈米顆粒或鉑系合金奈米顆粒。
- 如請求項7所述的觸媒，其中所述鉑系合金奈米顆粒是Pt-Pd、Pt-Mn、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Ir、Pt-Ru-Ni、Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Ru-Ir-Ni、Pt-Ru-Ir-Y、Pt-Co、Pt-Co-Mn、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr或Pt-Cr-Ir。
- 如請求項1所述的觸媒，更包括支撐所述奈米顆粒的支撐件。
- 一種製造燃料電池之觸媒的方法，所述方法包括：製備含有鉑的奈米顆粒；以及用能夠與所述奈米顆粒交互作用的保護層僅塗佈所述奈米顆粒的表面的一部分，以抑制所述鉑的氧化，其中所述塗佈包括：製備含有具有硫醇基的前驅物的保護層形成液體；將所述奈米顆粒分散在所述保護層形成液體中，使得所述前驅物僅吸附至所述奈米顆粒中的每一者的表面的一部分； 自所述保護層形成液體分離吸附有所述前驅物的所述奈米顆粒；對所分離的所述奈米顆粒進行乾燥；以及對經乾燥的所述奈米顆粒進行熱處理以交聯所述前驅物，其中所述保護層形成液體中含有的所述前驅物對分散在所述保護層形成液體中的所述奈米顆粒的重量比為2.5%至20%。
- 如請求項10所述的方法，其中所述奈米顆粒被支撐件支撐。
- 如請求項10所述的方法，其中所述保護層形成液體包括：溶劑，選自由乙醇、蒸餾水、異丙醇、正丙醇、丁醇及其二者或更多者的混合物組成的群組；以及所述前驅物，溶解在所述溶劑中。
- 如請求項12所述的方法，其中所述保護層形成液體中的所述前驅物的莫耳濃度為0.25毫莫耳每升至2毫莫耳每升。
- 如請求項10所述的方法，其中所述分離所述奈米顆粒是藉由離心分離執行的。
- 一種膜電極組合，包括：陽極；陰極；以及聚合物電解質膜，位於所述陽極與所述陰極之間， 其中所述陽極及所述陰極中的至少一者包括如請求項1所述的觸媒。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2019-0078272 | 2019-06-28 | ||
| KR20190078272 | 2019-06-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202106385A TW202106385A (zh) | 2021-02-16 |
| TWI789599B true TWI789599B (zh) | 2023-01-11 |
Family
ID=74059776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW109121887A TWI789599B (zh) | 2019-06-28 | 2020-06-29 | 燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220231303A1 (zh) |
| EP (1) | EP3993111A4 (zh) |
| JP (1) | JP7286809B2 (zh) |
| KR (1) | KR102447832B1 (zh) |
| CN (1) | CN114026718B (zh) |
| CA (1) | CA3136411A1 (zh) |
| TW (1) | TWI789599B (zh) |
| WO (1) | WO2020263004A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD967208S1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-10-18 | Korloy Inc. | Indexable drill for machine tools for metalworking |
| KR20240080223A (ko) | 2022-11-28 | 2024-06-07 | 경상남도 | 흰점박이꽃무지 유충을 유효성분으로 포함하는 성형쌀 및 이의 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201517984A (zh) * | 2013-11-04 | 2015-05-16 | Chang Yi Chen | 附著有奈米金屬粒子的高分子矽烷系共聚物複合觸媒的製備方法及其複合觸媒 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003157857A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池用電極触媒体、それを用いた燃料電池用空気極、およびその触媒活性評価方法 |
| KR100854837B1 (ko) * | 2004-03-30 | 2008-08-27 | 노보루 오야마 | 레독스 활성 가역 전극 및 그것을 이용한 2차 전지 |
| JP2008140703A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Nissan Motor Co Ltd | 電池用組成物およびそれを含む膜 |
| WO2009139749A1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-19 | Utc Power Corporation | A fuel cell having a stabilized cathode catalyst |
| JP2010188243A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Hitachi Ltd | 触媒材料及びその製造方法 |
| CN102822389B (zh) * | 2010-04-07 | 2014-09-17 | 丰田自动车株式会社 | 核壳型金属纳米微粒以及核壳型金属纳米微粒的制造方法 |
| WO2012095862A2 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-19 | Tata Chemicals Limited | An electrode for a fuel cell |
| WO2012095863A2 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-19 | Tata Chemicals Limited | A process to prepare novel platinum nanoparticls and nanoparticles thereof |
| US20130004885A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Dusan Strmcnik | Fuel cell electrodes |
| KR101575046B1 (ko) * | 2013-02-05 | 2015-12-09 | 한국과학기술연구원 | 유기 화합물이 흡착된 전극촉매, 이를 포함하는 연료전지 및 이의 제조방법 |
| JP2016091878A (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | Ｊｘエネルギー株式会社 | 電極材料の製造方法、膜電極接合体および燃料電池スタック |
| KR101702929B1 (ko) | 2015-04-13 | 2017-02-08 | 한국과학기술연구원 | 코발트-인 코어 및 탄소 쉘을 포함하는 알카라인 산소 환원 반응용 촉매 및 이의 제조방법 |
| JP6815590B2 (ja) * | 2016-03-18 | 2021-01-20 | 学校法人同志社 | 白金触媒、その製造方法及び当該白金触媒を用いた燃料電池 |
| KR101828175B1 (ko) | 2016-10-31 | 2018-02-12 | 인천대학교 산학협력단 | 금속-아닐린 금속착물을 활용한 탄소껍질을 가진 금속 촉매의 합성방법 |
| KR20180076950A (ko) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 애노드용 촉매 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 연료전지 애노드용 촉매 복합체 |
| KR102339036B1 (ko) * | 2017-09-29 | 2021-12-13 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 라디칼 분해 촉매, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리, 그리고 이를 포함하는 연료 전지 |
-
2020
- 2020-06-26 CA CA3136411A patent/CA3136411A1/en active Pending
- 2020-06-26 CN CN202080046779.4A patent/CN114026718B/zh active Active
- 2020-06-26 US US17/614,372 patent/US20220231303A1/en active Pending
- 2020-06-26 WO PCT/KR2020/008323 patent/WO2020263004A1/ko unknown
- 2020-06-26 KR KR1020200078145A patent/KR102447832B1/ko active IP Right Grant
- 2020-06-26 EP EP20830517.7A patent/EP3993111A4/en active Pending
- 2020-06-26 JP JP2021569216A patent/JP7286809B2/ja active Active
- 2020-06-29 TW TW109121887A patent/TWI789599B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201517984A (zh) * | 2013-11-04 | 2015-05-16 | Chang Yi Chen | 附著有奈米金屬粒子的高分子矽烷系共聚物複合觸媒的製備方法及其複合觸媒 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114026718A (zh) | 2022-02-08 |
| EP3993111A4 (en) | 2024-01-24 |
| CN114026718B (zh) | 2024-03-01 |
| US20220231303A1 (en) | 2022-07-21 |
| WO2020263004A1 (ko) | 2020-12-30 |
| KR102447832B1 (ko) | 2022-09-27 |
| KR20210002017A (ko) | 2021-01-06 |
| JP2022534016A (ja) | 2022-07-27 |
| CA3136411A1 (en) | 2020-12-30 |
| EP3993111A1 (en) | 2022-05-04 |
| JP7286809B2 (ja) | 2023-06-05 |
| TW202106385A (zh) | 2021-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3587199B2 (ja) | 燃料電池用触媒担持粒子およびそれを用いた複合電解質、触媒電極、燃料電池、ならびにそれらの製造方法 | |
| JPH11167926A (ja) | Ｃｏ耐性を有する燃料電池電極 | |
| TWI789599B (zh) | 燃料電池之觸媒、其製造方法以及包含其之膜電極組合 | |
| WO2019179530A1 (zh) | 一种铂基合金催化剂及其制备方法、膜电极及燃料电池 | |
| JP2017035685A (ja) | 炭素担持型ｐｇｍ系触媒における細孔構造の酸化制御 | |
| US8273679B2 (en) | Porous catalyst for a fuel cell and method for producing the catalyst thereof | |
| KR100823505B1 (ko) | 연료 전지용 촉매, 이의 제조방법, 이를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 연료전지 시스템 | |
| JP2016091878A (ja) | 電極材料の製造方法、膜電極接合体および燃料電池スタック | |
| KR100541977B1 (ko) | 다공성 나노 탄소 구형 지지체 및 이에 담지된백금/루테늄합금 직접메탄올 연료전지용 전극촉매 및 이의제조방법 | |
| TWI762116B (zh) | 具高耐受性之燃料電池電極、其製造方法以及包括其之膜電極組合 | |
| JP2011009129A (ja) | 触媒ナノ粒子を分散した触媒電極 | |
| KR20080071766A (ko) | 연료 전지용 촉매, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 막-전극어셈블리, 및 연료 전지 시스템 | |
| CN111095637B (zh) | 制备催化剂层的方法、催化剂层和包括该催化剂层的膜电极组件及燃料电池 | |
| JP7346729B2 (ja) | 燃料電池用触媒、その製造方法、及びそれを含む膜－電極アセンブリー | |
| WO2022097562A1 (ja) | カーボン系担体及びカーボン系担体の調製方法 | |
| KR20230083433A (ko) | 연료전지용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지 | |
| JP2022142887A (ja) | 電極触媒及びその製造方法、並びに、燃料電池用電極及び燃料電池 | |
| JP2016091879A (ja) | 燃料電池および燃料電池スタック | |
| KR100728187B1 (ko) | 연료 전지용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 | |
| JP2020136109A (ja) | 電極触媒及びその製造方法、並びに、燃料電池用電極及び燃料電池 | |
| KR20200049071A (ko) | 연료전지 전극 형성용 조성물 및 이를 포함하는 연료전지 전극 | |
| Zhu et al. | Inorganic-Nano-Fiber-Based Catalyst for Hydrogen Fuel Cells With Superior Performance |