[发明专利]一种质子交换膜燃料电池抗反极阳极Pt/WO3

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池抗反极催化剂及其制备方法。所述催化剂制备方法为：首先通过水热法制备WO₃‑Mn载体，然后于WO₃‑Mn载体上通过多元醇回流法负载Pt，得到Pt/WO₃‑Mn催化剂。基于本发明提供的催化剂所制备的质子交换膜燃料电池抗反极性能显著提高，非碳催化剂载体的使用能够有效避免反极造成的碳载体腐蚀，从而保护了催化层结构，有利于提高电池耐久性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池抗反极性能显著的阳极催化剂及其制备方法，能够有效避免燃料电池反极期间造成的碳腐蚀，从而保护催化层结构，提高了燃料电池的耐久性。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高功率密度、高效率和零排放的特点而作为燃料电池电动汽车的高效清洁电源受到了广泛关注。为了使汽车燃料电池在商业上可行，必须解决成本、性能和耐用性三大挑战。

在PEMFC的正常运行中，耐久性问题主要出现在阴极，因为在阴极的工作电位下会发生碳氧化和铂聚集。然而，在燃料不足的情况下，耐久性问题主要由阳极引起。燃料短缺的原因有很多，例如水淹、快速变载、低温启动等。此时水与碳载体反应，导致碳氧化。阳极的电势超过阴极电势，电池电压变成负值这就是“反极”。在反极期间，Pt催化剂可能会从碳载体上脱落，催化层结构可能会塌陷，传质出现问题，从而导致燃料电池性能的灾难性故障。此外，局部的高热量会使质子交换膜造成针孔，导致PEMFC断路，氢气和氧气混合引起火灾或爆炸。

基于此，人们提出了耐逆转阳极的概念，通过在阳极催化层中引入电解水催化剂，在碳腐蚀反应发生之前就将水分解，从而达到保护碳载体的目的。但是电解水催化剂一般都是贵金属，本身价格较为昂贵，储量较少，会增加电堆的成本。

CN111029599A公开了一种燃料电池抗反极催化剂及其制备方法，所述催化剂为氧化铱复合铌掺杂的二氧化钛纳米催化剂，该发明提供的催化剂能够有效缓解燃料电池阳极侧在反极时的碳载体腐蚀和铂颗粒团聚，添加该发明提供的催化剂的电池抗反极时间得到延长。但是该催化剂制备过程繁琐，需要氢气高温还原，存在一定隐患。并且氧化物的导电性较差，会导致高电流密度下出现传质问题。

发明内容

基于以上技术问题，本发明侧重于抗反极催化剂的成分、制备方法及使用，旨在使用新的抗反极催化剂载体来避免反极期间碳腐蚀的发生，从而保护催化层结构和催化剂铂颗粒，提高燃料电池的耐久性。

本发明旨在提供一种质子交换膜燃料电池使用的抗反极催化剂及其制备方法，能够在频繁多次反极之后，使电池保持较高的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种燃料电池抗反极催化剂，所述抗反极催化剂铱Pt为活性组分，Mn掺杂的WO₃为载体，其中，Mn也作为反极过程中水电解活性组分。

基于以上技术方案，优选地，所述Mn和WO₃的质量比重为0.01～0.5，优选为0.01～0.3；所述Pt与WO₃-Mn的质量比重为0.1～0.5，优选为0.4；所述WO3-Mn催化剂载体的形貌为棒状，直径为50～100nm。

另一方面，本发明提供一种上述的抗反极催化剂的制备方法，所述方法为水热法制备的WO₃-Mn载体以及多元醇回流法制备的Pt/WO₃-Mn催化剂。

所述水热法具体包括如下步骤：

步骤一：称取一定量钨前驱体，锰前驱体和氯化钠溶解于去离子水中，然后搅拌直至形成白色乳液，得到溶液1；

步骤二：在所述溶液1中滴加一定量且一定浓度的盐酸溶液，直至溶液的pH达到1～2,同时搅拌至溶液变为澄清，得到溶液2；