[发明专利]用于燃料电池的多元素催化剂结构在审

专利信息
申请号: 202011614742.5 申请日: 2020-12-31
公开(公告)号: CN113130925A 公开(公告)日: 2021-07-16
发明(设计)人: S·金;J·麦罗阿;N·克莱格;C·图费尔 申请(专利权)人: 罗伯特·博世有限公司
主分类号: H01M4/92 分类号: H01M4/92;H01M4/90
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 章敏;杨戬
地址: 德国斯*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 燃料电池 多元 催化剂 结构
【说明书】:

发明涉及用于燃料电池的多元素催化剂结构。所述结构包括由第一金属材料形成的区域、由第二金属材料形成的第一芯部区域和由第三金属材料形成的第二芯部区域。所述第一芯部区域与所述区域具有界面接触。所述第二芯部区域与所述第一芯部区域具有界面接触。所述多元素催化剂结构包括铂(Pt)、第一金属MI、第二金属MII和第三金属MIII。所述第一金属MI被配置为增强Pt的催化活性。所述第二金属MII被配置为增强所述多元素催化剂结构的稳定性。所述第三金属MIII被配置为增强Pt、第一金属MI、第二金属MII和/或第三金属MIII之间的共价结合。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池,例如聚合物电解质膜燃料电池的多元素催化剂结构。

背景技术

燃料电池已经显示出有望成为车辆和其它运输应用的替代动力源。燃料电池通过可再生能源载体如氢气来工作。燃料电池还在没有有毒排放或温室气体的情况下工作。广泛采用和使用这种清洁且可持续技术的当前限制之一是所述燃料电池堆相对昂贵的成本。燃料电池的阳极和阴极二者的催化剂层中都包含催化剂材料(例如铂催化剂材料)。所述催化剂材料是燃料电池堆中最昂贵的组件之一。

发明内容

根据一个实施方案,公开了多元素催化剂结构。所述多元素催化剂结构包括由第一金属材料形成的区域、由第二金属材料形成的第一芯部区域和由第三金属材料形成的第二芯部区域。所述第一芯部区域与所述区域具有界面接触。所述第二芯部区域与所述第一芯部区域具有界面接触。所述多元素催化剂结构包含铂(Pt)、第一金属MI、第二金属MII和第三金属MIII。所述第一金属MI被配置为增强Pt的催化活性。所述第二金属MII被配置为增强所述多元素催化剂结构的稳定性。所述第三金属MIII被配置为增强Pt、第一金属MI、第二金属MII和/或第三金属MIII之间的共价结合。

根据另一个实施方案,公开了多元素催化剂结构。所述多元素催化剂结构包括由第一金属材料形成的区域、由Pt形成的第一芯部区域和由Co形成的第二芯部区域。所述第一芯部区域与所述区域具有界面接触。所述第二芯部区域与所述第一芯部区域具有界面接触。

在又一个实施方案中,公开了燃料电池。所述燃料电池包括聚合物电解质膜(PEM)。所述燃料电池还包括分别包含第一和第二载体以及第一和第二催化剂材料的第一和第二电极催化剂层。PEM位于所述第一和第二电极催化剂层之间。所述第一和/或第二催化剂材料包含多个多元素催化剂颗粒。所述多个多元素催化剂颗粒中的每一个包括由第一金属材料形成的区域、由第二金属材料形成的第一芯部区域和由第三金属材料形成的第二芯部区域。所述第一芯部区域与该区域具有界面接触。所述第二芯部区域与所述第一芯部区域具有界面接触。所述多元素催化剂结构包含铂(Pt)、第一金属MI、第二金属MII和第三金属MIII。所述第一金属MI被配置为增强Pt的催化活性。所述第二金属MII被配置为增强所述多元素催化剂结构的稳定性。所述第三金属MIII被配置为增强Pt、第一金属MI、第二金属MII和/或第三金属MIII之间的共价结合。

附图简述

图1是燃料电池的示意性侧视图。

图2是计算平台的示意图,其可用于实施一个或多个实施方案的DFT算法、计算和/或方法学。

图3A至3F描绘了用于燃料电池的不同催化剂层结构的示意图。

图4A至图4F描绘了用于燃料电池的Co掺杂的Pt催化剂模型的示意图。

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