[发明专利]直接甲醇燃料电池用复合阳极电催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池技术领域中的催化剂，具体是一种直接甲醇燃料电池用复合阳极电催化剂。

背景技术

燃料电池由于具有清洁、高效、环保和安全等特点，已被证实为下一代大规模开发应用的能源转换装置，待其技术成熟并且产业化之后将会对人类的生活产生深远的影响。在众多的燃料电池中，直接甲醇燃料电池，正受到越来越多的关注。与其它燃料电池相比，直接甲醇燃料电池具有结构简单、能量密度高、启动时间短、运行可靠等优点。最关键的是，其所用的发电燃料--甲醇，来源丰富，价格便宜，储存方便，容易添加。因此，直接甲醇燃料电池，作为便携式的可移动电源比其它燃料电池更具竞争力，是作为电子产品电源的最佳选择。其在这方面的产业化比其它燃料电池走得更远，目前已有众多的公司研究出适用于各种电子产品的各种容量的小型直接甲醇燃料电池发电系统，如日本的东芝公司，德国的Smart Fuel Cell GmbH公司等。

尽管直接甲醇燃料电池优势明显，但仍存在一些需要改进的地方，最明显的是其阳极电催化剂性能的改善。直接甲醇燃料电池将甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，目前广泛应用的阳极催化剂是铂基电催化剂。但是，由于甲醇在铂表面上氧化最后会产生不易脱附的中间产物，如CO_ads。这些中间产物会占据铂的活性位从面降低其性能，甚至使催化剂失活。由于阳极铂基电催化剂较弱的抗中毒性能，要保持高的电池性能就要提高催化剂中铂的用量，这就造成了电池成本的大幅度上升。因些，开发抗中毒的阳极催化剂仍然是研究的重点。目前，采用的方法是向铂基催化剂中添加催化助剂，与铂金属形成协同作用促进中间产物的脱附，如金属以及各种金属氧化物等。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利公开号CN1489232，公开了“燃料电池碳载铂/稀土氧化物复合电催化剂的制备方法”。该技术将活性碳分散于三次水中，之后加入氯铂酸水溶液，氮气保护下加入还原剂水溶液，搅拌后，再加入浓度为0.5-4mol/L的稀土离子水溶液和质量浓度为1-20％的沉淀剂水溶液，搅拌2-24小时后，过滤、洗涤、干燥，最后将催化剂在惰性气体保护下热处理，得到碳载铂/稀土氧化物复合催化剂。但是，该技术的制备过程比较烦琐，最后还要热处理，且没有考察金属氧化物晶体结构对催化剂性能的影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种直接甲醇燃料电池用复合阳极电催化剂。该催化剂中的助催化剂是改进的掺杂金属氧化物，比未掺杂的金属氧化物具有更强的双功能效应，甲醇氧化电流比未改进的同类复合催化剂高，提高了直接甲醇燃料电池阳极催化剂效率，且制备过程比简单，适合放大生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的各组分及重量百分含量为：Pt 20％-40％，M_1-XN_XO₂17.1％-34.2％，C25.8％-62.9％，其中x为摩尔比，在0.02-0.08之间，M为Zr或者Ce，N为过渡金属或者碱土金属。

所述的Pt、M_1-XN_XO₂，均为纳米级。

本发明催化剂是通过以下方法制得的：首先采用化学合成方法，制备了纳米级的M_1-XN_XO₂(M为Zr或者Ce，N为过渡金属或者碱土金属)，然后按照M_1-XN_XO₂∶C＝1∶(0.756-3.683)质量比混合后制备载体，之后，按照Pt质量含量为20％-40％在载体上还原Pt制备催化剂。其中的C具有高比表面积，如Vulcan XC-72或者纳米碳管。