[发明专利]一种改性碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用

说明书

本发明涉及一种改性碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用。所述方法包括如下步骤：(1)将碳载体与分散剂水溶液混合，得到溶液A；(2)将含氟表面活性剂与高聚物水分散液混合，得到溶液B；(3)将所述溶液A与所述溶液B混合，分离得到固体产物，将所述固体产物煅烧，得到初步改性碳载体；(4)将所述初步改性碳载体与氧化剂水溶液混合，得到改性碳载体。本发明所述改性碳载体不仅可以缩短反应气体接触贵金属粒子的路径，减小反应气体的传输阻力，而且可以有效的防止铂颗粒的团聚和脱落，显著提高贵金属粒子的利用率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种改性碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用。

背景技术

燃料电池是一种优秀的能量转换装置，只要有源源不断的燃料供应，就能一直产生电能，相比于内燃机而言，燃料电池不受卡诺循环限制，能量转化效率大幅提高，而且燃料电池的阴极反应物为空气中的氧气，来源广泛，整个过程只产生电能、热量和水，不产生温室气体和任何污染。综上所述优点，燃料电池作为可再生新能源领域中的重要组成部分受到社会各界的广泛关注。

尽管燃料电池设想在热力学上是可行的，但是其对应的缓慢的阴极氧还原反应动力学严重制约了自身的发展，因此，需要开发一种高效且稳定的阴极催化剂。铂基贵金属负载碳催化剂是目前最优的催化剂。但是铂等贵金属含量稀少、价格昂贵，并且目前开发出的燃料电池催化剂稳定性较差。

铂碳催化剂的稳定性主要包含两大部分，第一、铂颗粒的稳定性；第二、碳载体的稳定性。其中，铂颗粒的团聚和脱落是导致其稳定性降低的主要原因，因此，开发出一种能够有效稳定铂颗粒，并且能够有效提高铂的利用率和减少铂用量的碳载体是当务之急。

CN108649243A公开了一种燃料电池催化剂石墨化碳载体，制备方法及使用该石墨化碳载体的燃料电池催化剂。所述燃料电池催化剂石墨化碳载体的制备过程包括：将碳材料与金属盐按一定质量比混合均匀，再将混合均匀的物料经搅拌、干燥后置于高温炉中进行高温热处理；将高温热处理后的材料洗涤、过滤、烘干得到石墨化碳载体；最后通过对其进行乙二醇还原氯铂酸法处理得到铂碳催化剂。所述方法得到的碳载体易发生铂颗粒的团聚和脱落现象，且铂的利用率较低。

CN106960962B公开了一种聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金燃料电池催化剂。所述催化剂包括载体和活性组分，所述载体由聚苯胺包覆炭黑，活性组分为具有核壳型结构的铂钴金属，其中铂钴合金为核，铂为壳。所述方法通过在载体上包覆聚苯胺，可以有效降低脱合金过程中酸对碳载体的损伤，但是在催化剂使用的过程中，易发生铂颗粒的团聚和脱落，进而降低铂的利用率。

因此，本领域需要开发一种新型燃料电池用催化剂碳载体，其可以有效的延长催化剂使用寿命，且能够有效提高铂的利用率、减少铂用量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用。本发明所述改性碳载体不仅可以缩短反应气体接触贵金属粒子的路径，减小反应气体的传输阻力，而且可以有效的防止铂颗粒的团聚和脱落，显著提高贵金属粒子的利用率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种改性碳载体的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳载体与分散剂水溶液混合，得到溶液A；

(2)将含氟表面活性剂与高聚物水分散液混合，得到溶液B；

(3)将所述溶液A与所述溶液B混合，分离得到固体产物，将所述固体产物煅烧，得到初步改性碳载体；

(4)将所述初步改性碳载体与氧化剂水溶液混合，得到改性碳载体。