[发明专利]导电抗腐蚀镁钛氧化物材料

说明书

本发明涉及导电抗腐蚀镁钛氧化物材料。燃料电池催化剂体系包含催化剂和催化剂载体材料，所述催化剂载体材料结合所述催化剂且包含具有式(I)的具有氧空位的抗腐蚀导电材料：其中δ是表示氧空位的0‑3的任何数字，其任选地包括小数部分，所述材料在周围环境中的室温下具有约2‑10 S/m的电导率。

技术领域

本发明涉及具有氧空位的抗腐蚀导电镁钛氧化物材料。

背景技术

数千年来金属已经成为广泛使用的材料。已经开发了各种方法来保护金属并防止它们腐蚀或解体成氧化物、氢氧化物、硫酸盐和其它盐。在一些工业应用中金属由于侵蚀性的工作环境而特别容易腐蚀。非限制性实例可以是燃料电池的金属组件，如双极板(BPP)或燃料电池的催化剂载体材料。另外，某些组件如BPP不仅需要具有足够的化学惰性以抵抗在燃料电池的高腐蚀性环境中的劣化，而且需要是导电的以促进燃料电池的氧还原反应的电子转移。找到满足这两个要求的材料已经成为挑战。

发明内容

根据一个实施方案，公开了燃料电池催化剂体系。所述燃料电池催化剂体系包含催化剂和催化剂载体材料，所述催化剂载体材料结合所述催化剂且包含具有式(I)的具有氧空位的抗腐蚀导电材料：

其中δ是表示氧空位的0-3的任何数字，其任选地包括小数部分。所述材料在周围环境中的室温下可具有约2-10 S/m的电导率。所述双极板的静态腐蚀电流密度在pH为2时在约0-80℃的温度下可小于约1μA cm^-2。所述材料的Mg/Ti比率可以是0.3-0.6范围内的数字。δ可以包括小数部分。所述材料可以是非化学计量的。所述催化剂可以是氧化还原反应催化剂。所述催化剂可以包含至少一些Pt(100)表面刻面(facet)。所述催化剂可以在催化剂载体材料上形成至少一个岛。

在一个替代实施方案中，公开了抗腐蚀导电材料。所述抗腐蚀导电材料可以包含具有式(I)的具有氧空位的金属氧化物结晶结构：

其中δ是0-3的任何数字，其任选地包括小数部分且表示氧空位。所述材料可以具有约33摩尔%的MgO和66摩尔%的TiO与TiO₂的混合物的标称化学组成。Mg/Ti比率可以是0.3-0.6范围内的数字。δ可以包括小数部分。所述双极板的静态腐蚀电流密度在pH为2时在约0-80℃的温度下可小于约1μA cm^-2。所述材料可以是燃料电池催化剂载体材料。所述材料可以是非化学计量的。

在又一个实施方案中，公开了催化剂载体。所述催化剂载体可包含具有式(I)的具有氧空位的抗腐蚀导电结晶材料：

其中δ是表示氧空位的0-3的任何数字，其任选地包括小数部分。所述结晶材料在周围环境中的室温下可具有约2-10 S/m的电导率。所述催化剂可以是阴极燃料电池催化剂。所述双极板的静态腐蚀电流密度在pH为2时在约0-80℃的温度下可小于约1μA cm^-2。所述材料的Mg/Ti比率可以是0.3-0.6范围内的数字。所述材料在25℃-80℃的温度范围内可以具有约0.13 eV的活化能。δ可包括小数部分。

附图说明

图1描绘了根据一个或多个实施方案的包括双极板的质子交换膜燃料电池的示意性组成；

图2显示了根据一个或多个实施方案的具有本体部分和包含抗腐蚀且导电的材料的表面部分的双极板的非限制性实例的透视图；

图3显示了所公开材料的合成丸粒样品的非限制性实例；

图4A和4B分别显示了表明绝缘行为的MgTi₂O₅结构和表明导电行为的MgTi₂O_4.92的态密度(DOS)；