[发明专利]一种碳载铂催化剂、燃料电池膜电极及其制备方法

权利要求书

1.一种碳载铂催化剂，所述碳载铂催化剂包括载体和活性组分，其中，所述活性组分为金属铂，其特征在于，所述载体包括亲水型碳粉和疏水型碳粉，所述疏水型碳粉由所述亲水型碳粉经高温处理后得到，所述亲水型碳粉和疏水型碳粉的质量比为1：(0.5～2)。

2.如权利要求1所述的碳载铂催化剂，其特征在于，所述亲水型碳粉选自VulcanXC72R、EC300JD或EC600JD中的一种。

3.如权利要求1所述的碳载铂催化剂，其特征在于，所述高温处理包括如下步骤：在惰性气氛且持续通入惰性气体的条件中，将亲水型碳粉升温，然后保温一段时间，结束后降温，并经洗涤、过滤及干燥，得到所述疏水型碳粉。

4.如权利要求3所述的碳载铂催化剂，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气中的一种，且纯度在99.9％以上；

所述升温的速率为10～50℃/min；

所述保温的温度为1600～2600℃，保温的时间为1～5h；

所述降温为自然冷却；

所述洗涤所用的为蒸馏水；

所述干燥的温度为80～120℃，干燥的时间为60～180min。

5.如权利要求3所述的碳载铂催化剂，其特征在于，所述活性组分的负载质量分数为30％～60％。

6.一种如权利要求1～5任一所述碳载铂催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述亲水型碳粉和疏水型碳粉与氯铂酸溶液以及溶剂混合，超声分散后加入碱以及甲醛，经反应后降温并沉降，过滤干燥后得到所述催化剂。

7.如权利要求6所述的碳载铂催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下至少一项特征：

所述氯铂酸溶液的质量分数为5％～50％；

所述溶剂为乙二醇；

所述碱为氢氧化钠；

所述氯铂酸溶液中氯铂酸与碱以及甲醛的质量比为1：(5～10)：(0.1～0.5)；

所述亲水型碳粉和疏水型碳粉的总质量与溶剂的质量比为1：(20～100)；

所述超声分散的时间为20～60min；

所述反应在水浴中进行，水浴的温度为60～90℃，所述反应的时间为1～4h；

所述干燥的温度为60～120℃；所述干燥的时间为60～300min。

8.一种燃料电池膜电极，所述膜电极包括质子交换膜以及设置在质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层，在阴极催化层和阳极催化层外部覆盖扩散层，其特征在于，所述阴极催化层和阳极催化层中含有如权利要求1～5任一所述碳载铂催化剂。

9.一种如权利要求8所述燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(a)将碳载铂催化剂、质子导体聚合物以及第二溶剂混合并分散，形成阴极催化剂墨水和阳极催化剂墨水；

(b)在质子交换膜的两侧分别喷涂阴极催化剂墨水和阳极催化剂墨水，形成阴极催化层和阳极催化层；

(c)通过热压在阴极催化层和阳极催化层外侧覆盖扩散层，得到所述燃料电池膜电极。

10.如权利要求9所述的燃料电池膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下至少一项特征：

所述质子导体聚合物为5wt％的Nafion溶液；

所述第二溶剂包括正丙醇、异丙醇或乙醇中的一种；

步骤(a)中，所述分散依次采用超声分散、高速均质和磁力搅拌，其中，所述超声的分散时间为10～30min，超声的频率为20～40KHz；所述高速均质的时间为10～30min，转速为5000-10000rpm；所述磁力搅拌的时间为10～30min；

步骤(b)中，所述喷涂的工艺参数如下：喷涂流量6～15mL/min，吸盘加热温度80～130℃，喷头高度距离吸盘高度为20～40cm；

步骤(c)中，所述热压温度为120～200℃，热压时间为10～300s，热压压力为0.2MPa～5MPa。