[发明专利]一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。本发明质子交换膜燃料电池催化剂在制备时先进行载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，经过预处理后的碳载体粉体分散在适量的铂前驱体溶液中，超声分散，得到的含碳载体的铂前驱体水溶液微波加热，待降至室温，静置后离心洗涤或压滤洗涤，其后鼓风干燥即得到电催化剂。本发明制备得到的催化剂通过载体的预处理可以改善电催化剂载体比表面积、表面基团种类及数量，有效改善燃料电池电催化剂电化学活性、电化学耐久性，可降低膜电极贵金属用量，从而降低成本。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、零污染、运行安全可靠等特点,有望减少二氧化碳排放量,缓解能源危机,在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂作为燃料电池的关键材料，催化剂的成本与性能直接影响燃料电池的成本与性能，因此开发出高性能、低成本的催化剂非常迫切。

合适处理工艺后的载体制备性能优异的电催化剂可减少PEMFC的Pt载量,提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性,是广泛应用的电催化剂载体。现有商用炭黑载体对Pt的利用效率低,抗电化学腐蚀性较差。

发明内容

本发明的目的是在于为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。本发明质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，通过载体的预处理可以改善电催化剂载体比表面积、表面基团种类及数量，有效改善燃料电池电催化剂电化学活性、电化学耐久性，可降低膜电极贵金属用量，从而降低成本。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括载体的预处理步骤，所述载体的预处理包括载体石墨化处理及载体表面基团调控，具体包括以下步骤：

(1)载体石墨化处理：将碳载体分散在适量的水中，得到碳载体的水性悬浮液，使用压滤设备对所述水性悬浮液进行压滤，得到含水率为2～20％的滤饼，将滤饼放入石墨化炉中焙烧，焙烧结束后得到石墨化碳载体粉体；

(2)载体表面基团调控技术：将步骤(1)得到的石墨化碳载体粉体分散在15～100℃的载体浸泡溶液中浸泡，压滤洗涤至滤液的pH值为4～10，滤饼放在30～150℃的鼓风干燥箱中进行烘干，得到预处理后的碳载体粉体。

(3)将步骤(2)中预处理后的碳载体粉体分散在适量的铂前驱体溶液中，超声分散，得到的含碳载体的铂前驱体水溶液微波加热，待降至室温，静置后离心洗涤或压滤洗涤，其后鼓风干燥即得到电催化剂。

进一步地，步骤(1)中所述碳载体是包括科琴黑碳粉及XC-72在内的高比表面积碳粉，所述碳粉的比表面积为200～2000m²/g。

进一步地，步骤(1)中所述碳载体的比表面积为500～700m²/g。

进一步地，步骤(1)中所述石墨化炉的温度为800～1800℃，石墨化炉内的气氛为氮气和/或氩气，焙烧时间为1～5h。

进一步地，步骤(2)中所述载体浸泡溶液为浓度为0.5～10mol/L的酸性或碱性溶液；

所述酸性溶液为硝酸、盐酸或柠檬酸溶液；

所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水溶液。

进一步地，步骤(3)中所述电催化剂是包括铂碳催化剂、铂钴催化剂、铂镍催化剂在内的含铂催化剂。