[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

说明书

本发明涉及一种碳载铂催化剂及其制备方法，还涉及一种燃料电池膜电极及其制备方法，其中，碳载铂催化剂包括载体和活性组分，载体包括亲水型碳粉和疏水型碳粉，疏水型碳粉由所述亲水型碳粉经高温处理后得到，亲水型碳粉和疏水型碳粉的质量比为1：(0.5～2)。燃料电池膜电极的阴极催化层和阳极催化层中含有上述碳载铂催化剂。本发明的膜电极通过调节亲疏水碳粉比例，可制备不同亲疏性的碳载铂催化剂，膜电极测试中，大电流下性能明显提升，且易于实现批量化生产。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种碳载铂催化剂、燃料电池膜电极及其制备方法。

背景技术

氢能是一种重要的可再生能源，不仅具有较高的能量，而且其产物为无污染的水，对环境不会造成污染。燃料电池是高效利用氢能的手段之一，具有能量转化率高，运行安静，适用范围广、安全可靠等优点，自被人们发现以来，一直受到人们的广泛关注。催化剂是质子交换膜燃料电池(PEMFC)最为关键的材料之一，PEMFC中所发生的电化学氧化还原反应，都是在催化剂表面发生的。铂碳催化剂是目前商业的最成熟的催化剂，它有着较高的催化活性及优异的抗腐蚀能力，一般是将贵金属铂负载于碳载体上。由于碳载体的固有特性，在未对载体进行预处理的情况下，制备的碳载铂催化剂分为疏水催化剂和亲水催化剂。在燃料电池实际运行过程中，过多的亲水或者疏水都将影响膜电极的性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种亲疏水可调的碳载铂催化剂。

本申请之目的还在于提供含有上述碳载铂催化剂的燃料电池膜电极及其制备方法。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种碳载铂催化剂，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，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)。

在第一方面的一种实施方式中，所述亲水型碳粉选自Vulcan XC72R、EC300JD或EC600JD中的一种。

在第一方面的一种实施方式中，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。现有商业碳粉，其表面均有一些基团，包括羟基、羧基等，它们含量的多少将直接影响碳粉的亲疏水性能。未石墨化的碳粉，由于表面基团较多，导致其亲水性能较强；经过一定温度的高温处理后，碳粉表面的部分基团被去除，导致其疏水性增强，亲水性减弱，石墨化温度越高，碳粉表面基团越少，其疏水性就越强。

在第一方面的一种实施方式中，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。

在第一方面的一种实施方式中，所述活性组分的负载质量分数为30％～60％。

在第二方面，本申请提供一种如上所述碳载铂催化剂的制备方法，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。

在第二方面的一种实施方式中，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％；