WO2022017830A1 - Verfahren zur herstellung eines katalysatormaterials für eine elektrode einer elektrochemischen zelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines katalysatormaterials für eine elektrode einer elektrochemischen zelle Download PDF

Info

Publication number
WO2022017830A1
WO2022017830A1 PCT/EP2021/069145 EP2021069145W WO2022017830A1 WO 2022017830 A1 WO2022017830 A1 WO 2022017830A1 EP 2021069145 W EP2021069145 W EP 2021069145W WO 2022017830 A1 WO2022017830 A1 WO 2022017830A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon material
temperature
carbon
doped
doping
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/069145
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alin Orfanidi
Sebastian Ott
Peter Strasser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to US18/017,320 priority Critical patent/US12586795B2/en
Priority to CN202180060660.7A priority patent/CN116157939A/zh
Priority to JP2023504291A priority patent/JP2023535410A/ja
Publication of WO2022017830A1 publication Critical patent/WO2022017830A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/801—Sintered 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
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • 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
    • H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8689—Positive electrodes
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a catalyst material for an electrode of an electrochemical cell.
  • Electrochemical cells such as fuel cells or electrolytic cells, are increasingly being used as energy carriers.
  • One of the most common problems with electrochemical cells is their high performance loss over time. This is very clear in low-temperature fuel cells, which have a lower catalyst loading, which is caused by an inhomogeneous ionomer distribution.
  • attempts have been made to incorporate nitrogen atoms into the carbon skeleton of a carbon support for the catalyst. For this purpose, a carbon material was reacted with gaseous NH3 (see e.g.
  • the object is achieved by a method that includes a step of doping a carbon material with nitrogen atoms.
  • the doping can be carried out in different ways, namely by bringing the carbon material into contact with urea at a temperature in a temperature range of 550° C. to 900° C. or by bringing the carbon material into contact with cyanamide at a temperature in a temperature range from 700°C to 900°C, or by contacting an oxidized carbon material with cyanamide at a temperature in a temperature range of 550°C to 650°C, or by contacting an oxidized carbon material with melamine at a temperature in a temperature range of 550 °C to 650 °C.
  • the doping of the carbon material with urea is particularly advantageously carried out in a temperature range around 600.degree. C. or around 800.degree. C., ie in particular from 550.degree. C. to 650.degree. C. and from 750.degree. C. to 850.degree.
  • the doping of non-oxidized carbon material using cyanamide is particularly advantageously carried out at a temperature around 800°C.
  • the doping of oxidized carbon material using cyanamide is particularly advantageously carried out at a temperature around 600°C, and the doping using melamine is particularly advantageously carried out at a temperature around 600°C. As a result, further increases in the power density in an electrochemical cell can be achieved.
  • a carbon material doped with nitrogen atoms prepared in this way is a high performance support for catalysts commonly used in electrochemical cells. By doping the carbon material with nitrogen atoms, nitrogen atoms are incorporated directly into the carbon skeleton.
  • NHx groups are formed, which are positively charged during the production of the catalyst material or the electrode and thus react with the mostly negatively charged groups of an ionomer also used in the production of the electrode (in particular SO 3 groups) with strong Coulomb interactions can, which leads to a very homogeneous distribution of the ionomer, whereby a permanently high power density can be achieved.
  • the carbon material doped with nitrogen atoms according to the method of the present invention is used for the production of a catalyst for an electrode of an electrochemical cell.
  • the catalyst is used, for example, as catalyst ink, which is applied directly to a membrane, for example, and can thus form an electrode. The catalyst is thereby coated directly onto the membrane.
  • the carbon material is doped with nitrogen atoms in a tube furnace, since the doping reaction can be controlled particularly well here and resources can be conserved.
  • the carbon material is doped with nitrogen atoms for 1.5 to 12 hours, in particular for 2 to 7 hours and in particular for 2 to 4 hours. Doping times of less than 1.5 h that are too short can lead to insufficient nitrogen doping, while doping times that are too long not only entail economic disadvantages by increasing the reaction times, but can also lead to decomposition of the carbon material. Doping times of 2 to 4 hours and especially about 2.5 hours are particularly preferred to overcome the above disadvantages. Due to very good conductivities with high temperature stability, the carbon material is preferably selected from carbon black, graphite and graphitized carbon. Exemplary carbon materials are available under the tradename Ketjen Black.
  • suitable carbon black has a low specific surface area of less than 200 m 2 /g carbon, or an average specific surface area of 250 to 600 m 2 /g carbon, or a high specific surface area of more than 600 m 2 /g carbon.
  • Suitable graphitized carbon has a low specific surface area of less than 200 m 2 /g carbon, or an average specific surface area of 250 to 600 m 2 /g carbon, or a high specific surface area of more than 600 m 2 /g carbon.
  • the specific surface area is determined using gas adsorption isotherms using the BET method.
  • a step of washing the doped carbon material with water can advantageously be provided. Also, following washing, the doped carbon material may be dried prior to further processing or storage.
  • a further advantageous development provides that the carbon material is oxidized before doping with nitrogen atoms when using cyanamide for doping.
  • the oxidation of the carbon material eg for doping with melamine but also for doping with cyanamide at 550° C. to 650° C., can be carried out in particular by reacting the carbon material with a 70% strength by weight aqueous HNO 3 solution under reflux .
  • the reaction time for this is advantageously 15 minutes to 3 hours and in particular 30 minutes to 60 minutes.
  • the one containing nitrogen atoms doped carbon material is preferably added a catalytically active metal, such as in particular platinum and/or a platinum-containing alloy.
  • a catalytically active metal such as in particular platinum and/or a platinum-containing alloy.
  • the content of platinum or platinum-containing alloy is 5 to 50% by weight, based on the total weight of the carbon material doped with nitrogen atoms.
  • the doping of the carbon material with nitrogen atoms is advantageously carried out in such a way that the carbon material contains from 0.4% by weight to 2% by weight, in particular from 0.8% by weight to 1 5 wt .-% nitrogen is doped.
  • the electrode is particularly advantageously designed as a cathode and further advantageously as a cathode for a fuel cell.
  • FIG. 1 shows a diagram illustrating power densities of an electrochemical cell using carbon materials doped at 600° C. with different dopants
  • FIG. 2 shows a diagram illustrating power densities of an electrochemical cell using carbon materials doped at 800° C. with different dopants and
  • Figure 3 is a graph illustrating power densities of an electrochemical cell using at 600°C oxidized carbon materials doped with different dopants.
  • the diagram in FIG. 1 shows in detail the power densities i of electrochemical cells, measured in A/cm 2 against the voltage in volts.
  • the temperature of the cell was 90°C and the pressure was 170 kPa a,c . Unless explicitly defined otherwise, all percentages relate to weight % (% by weight).
  • the cell was made as follows:
  • Ketjenblack EC-300J was charged with 100 ml of aqueous 70 wt .-% - strength HN0 3 solution stirred under reflux for 0.5 hours with an oil bath was used to produce the reflux, with the a temperature of 70°C. After the reaction time, the oxidized carbon was filtered and washed with hot water to remove any residual acid. Thereafter, the oxidized carbon was dried in an oven.
  • the oxidized carbon (see table below for details) was then mixed with different nitrogen sources (i.e. with melamine, urea or cyanamide). Also shown in the table below is the carbon to nitrogen source ratio.
  • the mixture was then heated in a tube furnace under a constant flow of nitrogen at the indicated temperatures (see T set °C) at a heating rate of 400 K/h and held for 2.5 hours.
  • a catalyst was prepared by depositing platinum on the respective carbon by a polyol process.
  • the polyol process involved mixing 300 mg of functionalized carbon with 200 mL of ethylene glycol,
  • catalyst inks were prepared by mixing a catalyst powder prepared as above with water followed by 1-propanol and at least one water-containing ionomer dispersion (725 EW 3M dry powder dispersed in 40% H 2 O/60% 1-propanol, resulting in an 18 wt. % strength ionomer solution resulted). Thereafter, the catalyst inks were coated onto PTFE using a Mayer bar. The coated decal was then dried.
  • the ionomer carbon weight ratio (l/C) was adjusted to 0.65 for both electrodes.
  • the catalyst with the modified nitrogen used (melamine, urea, cyanamide), with 20 wt .-% Pt were deposited on the carbon support.
  • the nitrogen weight percent of all carbons ranged from 0.8 to 1.2 weight percent nitrogen.
  • All anode electrodes contained 30 wt% Pt on graphitized Ketjenblack (TEC10EA30E, sold by Tanaka Kikinzoco).
  • the polarization curves of FIGS. 1 to 3 were recorded at a cell temperature of 90° and a relative humidity (RH) at 30% RH.
  • the flow remained constant at 1000 nccm H2 on the anode side and 2000 nccm air on the cathode side while the outlet pressure was set at 170kPa on both sides.
  • the very small amount of water produced and the excess of reaction gases ensured that the inlet humidity (RH) equaled the outlet humidity (RH), also taking into account a pressure drop across the active area of the MEA of about 1kPa.
  • Curve 1 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with urea at a temperature of 600°C.
  • Curve 2 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with melamine at a temperature of 600°C.
  • Curve 3 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with NH3 at a temperature of 600 °C.
  • Curve 4 shows the test results of an electrochemical cell using the same carbon material as for the electrochemical cells above, but without nitrogen doping.
  • Curve 5 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with cyanamide at a temperature of 600°C.
  • FIG. 2 shows a diagram in which the power densities of electrochemical cells i, measured in A/cm 2 , are plotted against the voltage in volts. the electrochemical cells were produced analogously to those from FIG. 1 and measured.
  • Curve 1 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with cyanamide at a temperature of 800°C.
  • Curve 2 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with urea at a temperature of 800°C.
  • Curve 3 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with NH3 at a temperature of 800 °C.
  • Curve 4 shows the test results of an electrochemical cell using a carbon material doped with melamine at a temperature of 800°C.
  • Curve 5 shows the test results of an electrochemical cell using the same carbon material as for the electrochemical cells above, but without nitrogen doping.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the power densities of electrochemical cells i, measured in A/cm 2 , are plotted against the voltage in volts.
  • the electrochemical cells were manufactured and measured analogously to those in FIG. 1, but with the difference that the carbon material before the Doping was oxidized, namely for 30 min with a 70 wt .-% aqueous HN0 3 solution under reflux, wherein the oxidized carbon material was washed before doping to remove residues of the oxidation reagents.
  • Curve 1 shows the test results of an electrochemical cell using an oxidized carbon material doped with cyanamide at a temperature of 600°C.
  • Curve 2 shows the test results of an electrochemical cell using an oxidized carbon material doped with melamine at a temperature of 600°C.
  • Curve 3 shows the test results of an electrochemical cell using an oxidized carbon material doped with NH 3 at a temperature of 600°C.
  • Curve 4 shows the test results of an electrochemical cell using an oxidized carbon material doped with melamine at a temperature of 600°C.
  • Curve 5 shows the test results of an electrochemical cell using the same oxidized carbon material as for the electrochemical cells above, but without nitrogen doping.
  • oxidized carbon material doped with cyanamide or melamine at 600° C. achieves significantly better and thus higher power densities than all other oxidized and doped carbon materials and in particular also the carbon material doped with NH 3 and which serves as a comparative example.
  • oxidized carbon materials of all doping materials showed advantageous improvements in power densities compared to the oxidized but undoped carbon material.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle umfassend einen Schritt des Dotierens eines Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen durch: in Kontakt bringen eines Kohlenstoffmaterials mit Harnstoff bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 900 °C oder in Kontakt bringen eines Kohlenstoffmaterials mit Cyanamid bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 700 °C bis 900 °C oder in Kontakt bringen eines oxidierten Kohlenstoffmaterials mit Cyanamid bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 650 °C oder in Kontakt bringen eines oxidierten Kohlenstoffmaterials mit Melamin bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 650 °C.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle.
Elektrochemische Zellen, wie z.B. Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen, werden vermehrt als Energieträger eingesetzt. Eines der häufigsten Probleme von elektrochemischen Zellen ist ihr hoher Leistungsverlust mit der Zeit. Dieser ist gerade in Niedertemperatur-Brennstoffzellen, die eine geringere Katalysatorbeladung aufweisen, sehr deutlich, was eine Ursache in einer inhomogenen lonomerverteilung hat. Um eine homogene lonomerverteilung zu erzielen, wurde versucht, Stickstoffatome in das Kohlenstoffgerüst eines Kohlenstoffträgers für den Katalysator einzubauen. Hierzu wurde ein Kohlenstoffmaterial mit gasförmigem NH3 umgesetzt (siehe z.B. Sebastian Ott et al. : „lonomer distribution control in porous carbon-supported catalyst layers for high-power and low Pt-Ioaded proton exchange membrane fuel cells”, Nature Materials, Januar 2020, doi.org/10.1038/s41563-019-0487-0 oder F. Jaouen et al.: „Non-Noble Electrocatalysts for 02 Reduction: How Does Heat Treatment Affect THeir Activity and Structure? Part I. Model for Carbon Black Gasification by NH3: Parametric Calibration and Electrochemical Validation”, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 5963-5970, 1. Dezember, 2006). Es zeigte sich jedoch, dass eine unter Verwendung des mit NH3 umgesetzten Kohlenstoffmaterials hergestellte Elektrode keine ausreichend hohe Leistung erbringen konnte.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle anzugeben, mit dem eine dauerhaft hohe Leistung in einer elektrochemischen Zelle erzielt werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das einen Schritt des Dotierens eines Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen umfasst. Das Dotieren kann dabei auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden, nämlich zum einen durch in Kontakt bringen des Kohlenstoffmaterials mit Harnstoff bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 900 °C oder durch in Kontakt bringen des Kohlenstoffmaterials mit Cyanamid bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 700 °C bis 900 °C oder durch in Kontakt bringen eines oxidierten Kohlenstoffmaterials mit Cyanamid bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 650 °C oder durch in Kontakt bringen eines oxidierten Kohlenstoffmaterials mit Melamin bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 650 °C.
Hierbei ist das Einhalten der angegebenen Temperaturbereiche für die unterschiedlichen Dotierungsmittel wichtig, um eine maximale Leistungsdichte in einer elektrochemischen Zelle zu bewirken, die auch über eine lange Zeit stabil bleibt. Besonders vorteilhaft wird das Dotieren des Kohlenstoffmaterials mit Harnstoff in einem Temperaturbereich um 600 °C oder um 800 °C, also insbesondere von 550 °C bis 650 °C und von 750 °C bis 850 °C ausgeführt. Das Dotieren von nicht oxidiertem Kohlenstoffmaterial unter Verwendung von Cyanamid wird besonders vorteilhaft bei einer Temperatur um 800 °C ausgeführt. Das Dotieren von oxidiertem Kohlenstoffmaterial unter Verwendung von Cyanamid wird besonders vorteilhaft bei einer Temperatur um 600 °C ausgeführt und das Dotieren unter Verwendung von Melamin wird besonders vorteilhaft bei einer Temperatur um 600 °C ausgeführt. Hierdurch können weitere Steigerungen der Leistungsdichte in einer elektrochemischen Zelle erzielt werden.
Bei Verwendung von Melamin als Stickstoffdotierungsmittel bzw. von Cyanamid bei einer Dotierungstemperatur von 600 °C ist es zudem erforderlich, dass das Kohlenstoffmaterial oxidiert ist, also dass vor dem Dotieren eine Oxidation des Kohlenstoffmaterials erfolgt. Ein auf diese Weise hergestelltes mit Stickstoffatomen dotiertes Kohlenstoffmaterial ist ein hoch leistungsfähiger Träger für Katalysatoren, wie sie üblicherweise in elektrochemischen Zellen verwendet werden. Durch das Dotieren des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen werden Stickstoffatome direkt in das Kohlenstoffgerüst eingebaut. Es werden NHx-Gruppen gebildet, die während der Herstellung des Katalysatormaterials bzw. der Elektrode positiv geladen werden und somit mit den meist negativ geladenen Gruppen eines ebenfalls in der Herstellung der Elektrode verwendeten lonomers (insbesondere S03-Gruppen) unter starken Coulomb-Wechselwirkung reagieren können, was zu einer sehr homogenen Verteilung des lonomers führt, wodurch eine dauerhaft hohe Leistungsdichte erzielt werden kann.
Das mit Stickstoffatomen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dotierte Kohlenstoffmaterial wird für die Herstellung eines Katalysators für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle verwendet. Der Katalysator wird dabei z.B. als Katalysatortinte eingesetzt, die z.B. direkt auf eine Membran aufgebracht wird und somit eine Elektrode bilden kann. Der Katalysator wird hierdurch direkt auf die Membran beschichtet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Dotieren des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen in einem Röhrenofen ausgeführt, da sich hier die Dotierungsreaktion besonders gut steuern lässt und Ressourcen geschont werden können.
Weiter vorteilhaft wird das Dotieren des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen für 1 ,5 bis 12 Stunden, insbesondere für 2 bis 7 Stunden und insbesondere für 2 bis 4 Stunden ausgeführt. Zu kurze Dotierungszeiten von weniger als 1,5 h können zu einer unzureichenden Stickstoffdotierung führen, während zu lange Dotierungszeiten nicht nur wirtschaftliche Nachteile durch Erhöhung der Reaktionszeiten mit sich bringen, sondern auch zu Zersetzungen des Kohlenstoffmaterials führen können. Dotierungszeiten von 2 bis 4 h und insbesondere von etwa 2,5 h sind zur Überwindung der vorstehenden Nachteile besonders bevorzugt. Aufgrund sehr guter Leitfähigkeiten bei hoher Temperaturstabilität ist das Kohlenstoffmaterial vorzugsweise ausgewählt aus Ruß, Graphit und graphitisiertem Kohlenstoff. Beispielhafte Kohlenstoffmaterialien sind unter dem Handelsnamen Ketjen Black erhältlich. Ferner weist geeigneter Ruß eine niedrige spezifische Oberfläche von weniger als 200 m2/g Kohlenstoff auf, oder eine mittlere spezifische Oberfläche von 250 bis 600 m2/g Kohlenstoff oder eine hohe spezifische Oberfläche von mehr als 600 m2/g Kohlenstoff. Geeigneter graphitisierter Kohlenstoff weist eine niedrige spezifische Oberfläche von weniger als 200 m2/g Kohlenstoff auf, oder eine mittlere spezifische Oberfläche von 250 bis 600 m2/g Kohlenstoff oder eine hohe spezifische Oberfläche von mehr als 600 m2/g Kohlenstoff. Die spezifische Oberfläche wird dabei mittels Gasadsorptionsisothermen nach dem BET-Verfahren bestimmt.
Um etwaige Reaktionsrückstände der Dotierungsreaktion zu entfernen, kann vorteilhaft ein Schritt des Waschens des dotierten Kohlenstoffmaterials mit Wasser vorgesehen sein. Auch kann das dotierte Kohlenstoffmaterial im Anschluss an das Waschen vor der Weiterverarbeitung oder Lagerung getrocknet werden.
Um die Leistungsdichte einer mit dem dotierten Kohlenstoffmaterial hergestellten Elektrode in einer elektrochemischen Zelle weiter zu verbessern, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass das Kohlenstoffmaterial bei Verwendung von Cyanamid zum Dotieren vor dem Dotieren mit Stickstoffatomen oxidiert wird.
Das Oxidieren des Kohlenstoffmaterials, z.B. für die Dotierung mit Melamin aber auch für die Dotierung mit Cyanamid bei 550 °C bis 650 °C kann dabei insbesondere durch Umsetzung des Kohlenstoffmaterials mit einer 70 Gew.- %igen wässrigen HN03-Lösung unter Rückfluss ausgeführt werden. Die Reaktionszeit hierfür beträgt vorteilhafterweise 15 min bis 3 h und insbesondere 30 min bis 60 min.
Zur Verbesserung der katalytischen Eigenschaften des Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle, wird zu dem mit Stickstoffatomen dotierten Kohlenstoffmaterial vorzugsweise ein katalytisch aktives Metall, wie insbesondere Platin und/oder eine platinhaltige Legierung zugefügt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren bleibt die Porenstruktur aus Mesoporen und Microporen des Kohlenstoffmaterials nahezu vollständig erhalten, so dass das katalytisch aktive Metall sehr einfach imprägniert werden kann und dauerhaft stabil am Kohlenstoffmaterial haftet, wodurch die Leistungsdichte einer elektrochemischen Zelle weiter erhöht werden kann.
Aus vorstehenden Gründen ist es daher auch von Vorteil, dass ein Gehalt an Platin oder platinhaltiger Legierung, bezogen auf das Gesamtgewicht des mit Stickstoffatomen dotierten Kohlenstoffmaterials 5 bis 50 Gew.-% beträgt.
Um eine besonders gute Verbindung zum lonomer bereitzustellen, wird das Dotierens des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen vorteilhaft so ausgeführt, dass das Kohlenstoffmaterial mit 0,4 Gew.-% bis 2 Gew.-%, insbesondere mit 0,8 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Stickstoff dotiert wird.
Besonders vorteilhaft wird die Elektrode als Kathode ausgebildet und weiter vorteilhaft als Kathode für eine Brennstoffzelle.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 ein Diagramm veranschaulichend Leistungsdichten einer elektrochemischen Zelle unter Verwendung von bei 600 °C mit unterschiedlichen Dotierungsmitteln dotierten Kohlenstoffmaterialien,
Figur 2 ein Diagramm veranschaulichend Leistungsdichten einer elektrochemischen Zelle unter Verwendung von bei 800 °C mit unterschiedlichen Dotierungsmitteln dotierten Kohlenstoffmaterialien und
Figur 3 ein Diagramm veranschaulichend Leistungsdichten einer elektrochemischen Zelle unter Verwendung von bei 600 °C mit unterschiedlichen Dotierungsmitteln dotierten oxidierten Kohlenstoffmaterialien.
Im Detail zeigt das Diagramm in Figur 1 die Leistungsdichten i von elektrochemischen Zellen, gemessen in A/cm2 gegen die Spannung in Volt. Die Temperatur der Zelle betrug 90 °C und der Druck betrug 170 kPaa, c. Sofern nicht explizit anderweitig definiert, beziehen sich alle %-Angaben auf Gewichts% (Gew.-%).
Die Zelle wurde wie folgt hergestellt:
1. Katalysatorherstellung
Zunächst wurde kommerziell erhältliches Ketjenblack EC-300J (Hersteller: Akzo Nobel) mit 100 ml wässriger 70 Gew.-%-iger HN03-Lösung unter Rückfluss für 0,5 Stunden gerührt, wobei zum Herstellen des Rückflusses ein Ölbad verwendet wurde, das mit einer Temperatur von 70°C geheizt wurde. Nach der Reaktionszeit wurde der oxidierte Kohlenstoff filtriert und mit heißem Wasser gewaschen, um alle Rückstände der Säure zu entfernen. Danach wurde der oxidierte Kohlenstoff in einem Ofen getrocknet.
Anschließend wurde der oxidierte Kohlenstoff (siehe für Einzelheiten die nachstehende Tabelle) mit unterschiedlichen Stickstoffquellen gemischt (also mit Melamin, Harnstoff oder Cyanamid). Ebenfalls in der nachstehenden Tabelle gezeigt sind das Verhältnis an Kohlenstoff zu Stickstoffquelle.
Die Mischung wurde dann einem Röhrenofen unter konstantem Stickstofffluss bei den jeweils angegebenen Temperaturen (siehe Tset °C) mit einer Heizrate vom 400 K/h aufgeheizt und für 2,5 Stunden gehalten.
Danach wurde unter Verwendung des oxidierten und dotierten Kohlenstoffs ein Katalysator hergestellt, indem Platin auf dem jeweiligen Kohlenstoff mittels eines Polyol-Verfahrens abgeschieden wurde. Das Polyolverfahren umfasste das Mischen vom 300 mg funktionalisiertem Kohlenstoff mit 200 ml Ethylenglycol,
100 ml entionisiertem Wasser und 1,35 ml einer 0,25 Mol/L konzentrierten H2PtCl6-Lösung. Die erhaltene Dispersion wurde zunächst für 18 Stunden bei 25 °C und dann für 2 Stunden unter Rückfluss bei 120 °C gerührt. Nach Abschluss der Reaktion wurde der Katalysator abfiltriert und mit heißem Wasser gewaschen, um Reaktionsrückstände und Spuren von Chlorid zu entfernen. Das erhaltene Katalysatorpulver wurde sodann in einem Vakuumofen getrocknet.
Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht über die durchgeführten Versuche:
Figure imgf000009_0001
2. Zellherstellung
Alle hergestellten Membranelektrodenanordnungen wurden nach einem Decal- Übertragungsverfahren hergestellt. Hierzu wurden Katalysatortinten hergestellt durch Mischen eines wie oben hergestellten Katalysatorpulvers mit Wasser gefolgt von 1-Propanol und mindestens einer Wasser enthaltenden lonomerdispersion (725 EW 3M Trockenpulver dispergiert in 40% H2O/60% 1- Propanol, was in einer 18 Gew.-%igen lonomerlösung resultierte). Danach wurden die Katalysatortinten auf PTFE mittels einer Mayer-Stange beschichtet. Das beschichtete Decal wurde anschließend getrocknet.
Für beide Elektroden wurde das lonomer Kohlenstoff Gewichtsverhältnis (l/C) auf 0.65 eingestellt. Für den Kathodenkatalysator wurde der Katalysator mit dem modifizierten Stickstoff eingesetzt (Melamin, Harnstoff, Cyanamid), wobei auf dem Kohlenstoffträger 20 Gew.-%Pt abgeschieden waren. Die Stickstoff- Gewichts% aller Kohlenstoffe bewegten sich in einem Bereich zwischen 0,8 bis 1,2 Gew.-% Stickstoff.
Alle Anodenelektroden enthielten 30 Gew.-t% Pt auf graphitisiertem Ketjenblack (TEC10EA30E, vertrieben von Tanaka Kikinzoco).
Die Pt Beladung der Kathodenelektroden betrug 0.11 mgpt/cm2 mit einer nominalen Schichtdicke von etwa 14pm wenn 20 Gew.-%ige Pt/C-modifizierte (= N-dotierter Kohlenstoff) verwendet wurde. Alle Anoden waren mit etwa 0.1 mgpt/cm2 beladen, wenn 30 Gew.-%ige Pt/C (nicht modifizierter Kohlenstoff = nicht N-dotierter Kohlenstoff) verwendet wurde.
5 cm2 große MEAs wurden durch Heisspressen einer 10pm dicken Membran (Gore MX20.10), die zwischen wie oben hergestellte Anodendecals und Kathodendecals angeordnet wurde bei 155°C für 3min und einer anschließenden Kraftaufbringung von 0, 24 kN/cm2 hergestellt. Die MEAs wurden danach zwischen zwei Dichtungen (200x200mm, 25 pm PEN-Folie, CMC 61325 beschichtet mit einem wärmeaktivierbaren Klebstoff (ungefähre Dicke: 15pm) von CMC Klebetechnik, Deutschland) laminiert, so dass eine aktive MEA-Fläche von 5 cm2 (50x10 mm) resultierte.
Alle Tests wurden unter Verwendung einer Einzelzellenteststation durchgeführt, die eine modifizierte Einzelzellen-Hardware verwendete (Tandem Technologies Ltd.), ausgestattet mit 14 Serpentinenkanäle enthaltenden Graphitkanal- Komposit-Flussfeldern. Der Anpressdruck der Zelle wurde auf 9 bar eingestellt und die Kompression der Gasdiffusionsschichten (SGL 29BC in beiden Elektroden, Anode und Kathode) wurde auf 20% unter Verwendung nicht zusammendrückbarer Glasfaser-PTFE Dichtungen (Fiberflon) eingestellt.
Die Polarisationskurven der Figuren 1 bis 3 wurden bei einer Zelltemperatur von 90° und einer relativen Feuchtigkeit (RH) at 30% RH aufgenommen. Der Fluss blieb konstant bei 1000 nccm H2 auf der Anodenseite und 2000 nccm Luft auf der Kathodenseite, während der Auslassdruck auf beiden Seiten auf 170kPa eingestellt wurde. Die sehr geringe produzierte Menge an Wasser und der Überschuss an Reaktionsgasen sicherten, dass die Einlassfeuchtigkeit (RH) der Auslassfeuchtigkeit (RH) entsprach, wobei auch ein Druckverlust über die aktive Fläche der MEA von etwa 1kPa mitberücksichtigt wurde.
Kurve 1 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Harnstoff bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 2 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Melamin bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 3 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit NH3 bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 4 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der dasselbe Kohlenstoffmaterial wie für die vorstehenden elektrochemischen Zellen verwendet wurde, jedoch ohne Stickstoffdotierung.
Kurve 5 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Cyanamid bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Aus dem Diagramm aus Figur 1 kann abgeleitet werden, dass die Verwendung von mit Harnstoff bei 600 °C dotiertem Kohlenstoffmaterial wesentlich bessere und damit höhere Leistungsdichten erzielt als alle übrigen dotierten Kohlenstoffmaterialien und insbesondere auch das Kohlenstoffmaterial, das mit NH3 dotiert wurde und das als Vergleichsbeispiel dient.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Leistungsdichten von elektrochemischen Zellen i, gemessen in A/cm2 gegen die Spannung in Volt aufgetragen ist. Die elektrochemischen Zellen wurden analog denjenigen aus Figur 1 hergestellt und vermessen.
Kurve 1 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Cyanamid bei einer Temperatur von 800 °C dotiert wurde.
Kurve 2 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Harnstoff bei einer Temperatur von 800 °C dotiert wurde.
Kurve 3 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit NH3 bei einer Temperatur von 800 °C dotiert wurde.
Kurve 4 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Melamin bei einer Temperatur von 800 °C dotiert wurde.
Kurve 5 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der dasselbe Kohlenstoffmaterial wie für die vorstehenden elektrochemischen Zellen verwendet wurde, jedoch ohne Stickstoffdotierung.
Aus dem Diagramm aus Figur 2 kann abgeleitet werden, dass die Verwendung von mit Harnstoff und Cyanamid bei 800 °C dotiertem Kohlenstoffmaterial wesentlich bessere und damit höhere Leistungsdichten erzielt als alle übrigen dotierten Kohlenstoffmaterialien und insbesondere auch das Kohlenstoffmaterial, das mit NH3 dotiert wurde und das als Vergleichsbeispiel dient. Zudem zeigten Kohlenstoffmaterialien von alle Dotierungsmaterialien vorteilhafte Verbesserungen der Leistungsdichten im Vergleich zum undotierten Kohlenstoffmaterial.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Leistungsdichten von elektrochemischen Zellen i, gemessen in A/cm2 gegen die Spannung in Volt aufgetragen ist. Die elektrochemischen Zellen wurden analog denjenigen aus Figur 1 hergestellt und vermessen, jedoch mit dem Unterschied, dass das Kohlenstoffmaterial vor dem Dotieren oxidiert wurde, und zwar für 30 min mit einer 70 Gew.-%igen wässrigen HN03-Lösung unter Rückfluss, wobei das oxidierte Kohlenstoffmaterial vor dem Dotieren gewaschen wurde, um Überreste der Oxidationsreagenzien zu entfernen.
Kurve 1 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein oxidiertes Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Cyanamid bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 2 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein oxidiertes Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Melamin bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 3 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein oxidiertes Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit NH3 bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 4 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der ein oxidiertes Kohlenstoffmaterial verwendet wurde, das mit Melamin bei einer Temperatur von 600 °C dotiert wurde.
Kurve 5 zeigt die Testergebnisse einer elektrochemischen Zelle, in der dasselbe oxidiertes Kohlenstoffmaterial wie für die vorstehenden elektrochemischen Zellen verwendet wurde, jedoch ohne Stickstoffdotierung.
Aus dem Diagramm aus Figur 3 kann abgeleitet werden, dass die Verwendung von mit Cyanamid oder Melamin bei 600 °C dotiertem oxidiertem Kohlenstoffmaterial wesentlich bessere und damit höhere Leistungsdichten erzielt als alle übrigen oxidierten und dotierten Kohlenstoffmaterialien und insbesondere auch das Kohlenstoffmaterial, das mit NH3 dotiert wurde und das als Vergleichsbeispiel dient. Zudem zeigten oxidierte Kohlenstoffmaterialien von alle Dotierungsmaterialien vorteilhafte Verbesserungen der Leistungsdichten im Vergleich zum oxidierten aber undotierten Kohlenstoffmaterial.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle umfassend einen Schritt des Dotierens eines Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen durch: in Kontakt bringen eines Kohlenstoffmaterials mit Harnstoff bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 900 °C oder in Kontakt bringen eines Kohlenstoffmaterials mit Cyanamid bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 700 °C bis 900 °C oder in Kontakt bringen eines oxidierten Kohlenstoffmaterials mit Cyanamid bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 650 °C oder in Kontakt bringen eines oxidierten Kohlenstoffmaterials mit Melamin bei einer Temperatur in einem Temperaturbereich von 550 °C bis 650 °C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Dotieren des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen in einem Röhrenofen ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dotieren des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen für 1 ,5 bis 12 Stunden, insbesondere für 2 bis 7 Stunden und insbesondere für 2 bis 4 Stunden ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kohlenstoffmaterial ausgewählt ist aus Ruß, Graphit, graphitisiertem Kohlenstoff.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schritt des Waschens des dotierten Kohlenstoffmaterials mit Wasser.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidieren des Kohlenstoffmaterials durch Umsetzung des Kohlenstoffmaterials mit einer 70 Gew.- %igen wässrigen HN03-Lösung unter Rückfluss ausgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schritt des Zufügens von Platin oder einer platinhaltigen Legierung zu dem mit Stickstoffatomen dotierten Kohlenstoffmaterial.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Gehalt an Platin oder platinhaltiger Legierung, bezogen auf das mit Stickstoffatomen dotierte Kohlenstoffmaterial 5 bis 50 Gew.-% beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dotierens des Kohlenstoffmaterials mit Stickstoffatomen so ausgeführt wird, dass das Kohlenstoffmaterial mit 0,4 Gew.-% bis 2 Gew.-%, insbesondere mit 0,8 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-% Stickstoff dotiert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode als Kathode ausgebildet wird.
PCT/EP2021/069145 2020-07-21 2021-07-09 Verfahren zur herstellung eines katalysatormaterials für eine elektrode einer elektrochemischen zelle Ceased WO2022017830A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/017,320 US12586795B2 (en) 2020-07-21 2021-07-09 Method for producing a catalyst material for an electrode of an electrochemical cell
CN202180060660.7A CN116157939A (zh) 2020-07-21 2021-07-09 用于制造用于电化学的电池单体的电极的催化剂材料的方法
JP2023504291A JP2023535410A (ja) 2020-07-21 2021-07-09 電気化学セルの電極用触媒材料の製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020119154.5A DE102020119154A1 (de) 2020-07-21 2020-07-21 Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle
DE102020119154.5 2020-07-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022017830A1 true WO2022017830A1 (de) 2022-01-27

Family

ID=77168212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/069145 Ceased WO2022017830A1 (de) 2020-07-21 2021-07-09 Verfahren zur herstellung eines katalysatormaterials für eine elektrode einer elektrochemischen zelle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12586795B2 (de)
JP (1) JP2023535410A (de)
CN (1) CN116157939A (de)
DE (1) DE102020119154A1 (de)
WO (1) WO2022017830A1 (de)

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7108939B2 (en) * 2002-12-12 2006-09-19 Hitachi, Ltd. Covalently bonded catalyst carrier and catalytic component
US7629285B2 (en) * 2006-10-31 2009-12-08 University Of South Carolina Carbon-based composite electrocatalysts for low temperature fuel cells
JP5404195B2 (ja) * 2009-06-09 2014-01-29 国立大学法人京都大学 燃料電池用電極触媒の製造方法
CN102487142A (zh) 2010-12-01 2012-06-06 大连融科储能技术发展有限公司 一种液流储能电池用电极
JP6174790B2 (ja) 2013-09-19 2017-08-02 カウンスィル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチＣｏｕｎｃｉｌ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ 窒素ドープ多孔質炭素電極触媒およびその製造方法
WO2015059718A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Council Of Scientific & Industrial Research A process for the preparation of nitrogen doped carbon nanohorns for oxygen reduction electrocatalysis
JP6281906B2 (ja) 2014-05-15 2018-02-21 国立大学法人 名古屋工業大学 空気極、金属空気電池、並びに窒素がドープされたカーボンナノチューブ及び空気極の製造方法
KR101831830B1 (ko) * 2015-07-01 2018-02-23 한국과학기술연구원 연료전지 촉매용 탄소 지지체 및 이의 제조방법
JP6757933B2 (ja) * 2016-09-02 2020-09-23 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター 白金担持体とそれを用いた酸素還元触媒およびその製造方法ならびに燃料電池、金属空気電池
CN110248731B (zh) * 2016-12-30 2022-11-29 香港大学 用于氧还原反应的源自废生物质的无金属催化剂
EP3589403B1 (de) * 2017-02-28 2021-03-31 Okinawa Institute of Science and Technology School Corporation Verfahren zur herstellung eines geträgertern katalysatormaterials und geträgertes katalysatormaterial
CN108855184B (zh) * 2018-06-14 2020-03-13 中南大学 一种高性能析氧CoO@Co-NC/C复合催化剂及其制备方法和应用
CN109761235A (zh) * 2018-11-01 2019-05-17 南昌航空大学 一种生物质材料核桃壳碳材料掺氮的合成方法及其在微生物燃料电池阳极方面的应用
CN111224112A (zh) * 2020-01-10 2020-06-02 中自环保科技股份有限公司 一种用于氢燃料电池的电催化剂制备方法
CN114188511B (zh) * 2020-09-14 2024-02-27 湖南中科星城石墨有限公司 一种氮掺杂碳包覆石墨复合材料及其制备方法和应用
KR20230040661A (ko) * 2021-09-16 2023-03-23 테라릭스 주식회사 우레아 용액을 사용한 질소 도핑 탄소체의 제조방법

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. JAOUEN ET AL.: "Non-Noble Electrocatalysts for 0 Reduction: How Does Heat Treatment Affect THeir Activity and Structure? Part I. Model for Carbon Black Gasification by NH : Parametric Calibration and Electrochemical Validation", J. PHYS. CHEM. C 2007, vol. 111, 1 December 2006 (2006-12-01), pages 5963 - 5970
SEBASTIAN OTT ET AL.: "lonomer distribution control in porous carbon-supported catalyst layers for high-power and low Pt-loaded proton exchange membrane fuel cells", NATURE MATERIALS, January 2020 (2020-01-01)
TACHIBANA NAOKI ET AL: "Highly porous nitrogen-doped carbon nanoparticles synthesized via simple thermal treatment and their electrocatalytic activity for oxygen reduction reaction", CARBON, ELSEVIER OXFORD, GB, vol. 115, 16 January 2017 (2017-01-16), pages 515 - 525, XP029924135, ISSN: 0008-6223, DOI: 10.1016/J.CARBON.2017.01.034 *
YANG HEENA ET AL: "Nitrogen-doped carbon black supported Pt-M (M = Pd, Fe, Ni) alloy catalysts for oxygen reduction reaction in proton exchange membrane fuel cell", MATERIALS TODAY ENERGY, vol. 13, 1 September 2019 (2019-09-01), pages 374 - 381, XP055856126, ISSN: 2468-6069, Retrieved from the Internet <URL:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468606919301200/pdfft?md5=bb2ae4d4d2b12ea32cbcb2d489200aab&pid=1-s2.0-S2468606919301200-main.pdf> DOI: 10.1016/j.mtener.2019.06.007 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020119154A1 (de) 2022-01-27
US12586795B2 (en) 2026-03-24
CN116157939A (zh) 2023-05-23
US20230290964A1 (en) 2023-09-14
JP2023535410A (ja) 2023-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2843066B1 (de) Katalysator
DE69613030T2 (de) Material zur Verwendung bei der Herstellung von katalytischen Elektroden
DE19958959B4 (de) Brennstoffzellenelektrode und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenelektrode
EP2133943B1 (de) Prozess zur herstellung eines elektrodenkatalysators für eine brennstoffzelle
DE112015002354T5 (de) Membran-elektroden-anordnung
EP4229687A1 (de) Katalysatorbeschichtete membran und wasserelektrolysezelle
DE112016002944T5 (de) Elektrokatalysator
US8470495B2 (en) Electrode catalyst with improved longevity properties and fuel cell using the same
DE102016105766B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenelektrode
DE102008023781A1 (de) Kohlenstoff-Titanoxid-Träger für Elektrokatalysatoren zur Sauerstoffreduktion in PEM-Brennstoffzellen
DE112017006609T5 (de) Sauerstoffreduktionskatalysator, Membran-Elektroden-Anordnung und Brennstoffzelle
KR20110083940A (ko) 연료전지용 전극 촉매, 그 제조방법, 및 이 전극 촉매를 이용한 막 전극 접합체와 연료전지
KR20110037294A (ko) 연료전지용 전극 촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지
DE112006001729B4 (de) Spannungswechselbeständige Brennstoffzelleneletrokatalysatorschicht, Brennstoffzelle umfassend dieselbe und Verwendung derselben
DE102007055221A1 (de) Träger für Brennstoffzellenkatalysatoren auf der Grundlage von Übergangsmetallsiliziden
DE112010004759T5 (de) Brennstoffzellen mit verbesserter Haltbarkeit
WO2015049128A1 (de) Edelmetallfreies katalysatorsystem für eine brennstoffzelle
DE102020132753A1 (de) Brennstoffzellenkatalysator, denselben umfassende Brennstoffzellenelektrode und denselben umfassende Membran-Elektroden-Baugruppe
WO2022017830A1 (de) Verfahren zur herstellung eines katalysatormaterials für eine elektrode einer elektrochemischen zelle
EP3622575B1 (de) Verwendung eines elektrisch leitfähigen kohlenstoffmaterials
KR102719562B1 (ko) 환원도가 개선된 연료전지용 백금 촉매 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 연료전지용 백금 촉매
DE102021131922B4 (de) Katalysatorschicht
KR100719239B1 (ko) 고분자 전해질 연료전지 및 직접 메탄올 연료전지용전극촉매의 제조방법
KR930001421B1 (ko) 인산형 연료전지용 촉매 제조방법
KR20240074080A (ko) 연료전지용 촉매 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21749106

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023504291

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21749106

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 18017320

Country of ref document: US