[发明专利]电镀液、Pt-Ru催化剂膜及其制备方法和膜燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，特别涉及一种制备质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂的电镀液、Pt-Ru催化剂膜制备方法和质子交换膜燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料燃料电池(PEMFC)是通过由电解质分隔开的两个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。质子交换膜燃料燃料电池的发电效率可以达到45%-60%。它除了排放低比率碳氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物，对环境污染小，而且其温度要求低。是一种清洁环保的新能源发电系统。

其中，直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)就是属于质子交换膜燃料电池中之一类，该直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池中的其他燃料电池而言，直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池可能成为未来便携式电子产品应用的主流。

催化剂是燃料电池的关键材料之一，催化剂的性能好坏直接影响燃料电池性能的高低。同样催化剂也是直接甲醇燃料电池的关键材料之一，催化剂的性能好坏也直接影响直接甲醇燃料电池性能的高低。如已知Pt-Ru合金对直接甲醇燃料电池具备优异的催化性能，通过调整配比，可进一步提升其催化性能。然而，Pt、Ru均属于贵重金属，其价格近年来持续上涨，从而阻碍了直接甲醇燃料电池的推广应用。因此，需要开发有效减少Pt-Ru贵金属用量、提高Pt-Ru合金催化效率的技术。

 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种制备质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂的电镀液和质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜及其制备方法，以解决现有Pt-Ru催化剂成本高的技术问题。

本发明的另一目的在提供一含有该质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜的质子交换膜燃料燃料电池。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种制备质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂的电镀液，其溶剂为水，溶质包括如下摩尔浓度的组分：

碱金属硫酸盐  0.4～0.6mol/L

碱金属铂酸盐    20～30mmol/L

RuCl₃              10～15mmol/L

MSO₄              100～200mmol/L；

其中，该M为二价金属离子。

以及，一种质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜制备方法，包括如下步骤：

将载体置于上述质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂的电镀液中，先在0V电压下镀Pt层，然后在-0.75V电压下继续电镀处理，形成Pt-Ru-M层；

将所述Pt-Ru-M层置于0.5～1.0mol/L的酸液中进行酸腐蚀处理，除去所述Pt-Ru-M层中的M金属，得到Pt-Ru催化剂膜。

以及，一种由上述质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜制备方法制备的质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜。

以及，一种质子交换膜燃料电池，包括质子交换膜和与所述质子交换膜结合的催化剂层，所述催化剂层为上述的质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜制备方法制备获得质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜。

上述制备质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂的电镀液通过采用铂酸盐、Ru的氯化物组分为溶质，能在电镀过程中有效沉积出具备多孔结构的Pt-Ru电镀层。

上述质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜制备方法采用上述电镀液分步电镀处理后经酸腐蚀处理，其方法工艺条件易控制，对设备要求低，获得的Pt-Ru催化剂膜良品率高。另外，该方法避免直接对贵重金属的使用，有效降低了该Pt-Ru催化剂的经济成本。由该方法获得的质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜纯度高，且为多孔结构，具有大的电化学表面积，具有优异的催化效率。

上述质子交换膜燃料电池由于含有上述质子交换膜燃料电池Pt-Ru催化剂膜，有效提高了其发电效率。

 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：