一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术特别涉及一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域，催化剂的原料包括：石墨烯和抗反极材料，催化剂为石墨烯和抗反极材料的交联复合物；采用石墨烯和抗反极材料进行复合，石墨烯的加入能够使抗反极材料与商用催化剂较好的结合，使CCM的内阻及接触内阻不会因为弱导电物质的加入而使得性能下降。入而使得性能下降。入而使得性能下降。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料，生成水的一种绿色电池，其具有高功率密度、能效高、绿色环保等特点。它可以应用于航天、汽车、轮船等领域，用处颇广。在汽车领域中，它可作为汽车行驶的动力源。但在汽车的实际行驶过程中，会遇到突然启停、怠速运行、突然加减载等情况，这就导致氢气燃料不能及时的供给到MEA上，这会使得MEA出现反极现象，该现象将会对MEA的性能造成巨大损耗，这将直接影响电池的发电能力以及使用寿命。
[0003]反极现象一般会造成两种负面效应。第一种是为了弥补燃料的不足造成质子缺少，无法及时传输到阴极，CCM阳极上的碳会发生氧化反应来提供质子，这将造成碳腐蚀，进而使催化剂性能下降。第二种是发生反极现象时，催化剂上的铂颗粒将急剧变大，这将使铂的催化能力下降，进而导致电池的性能及寿命下降。
[0004]目前解决反极现象一般是通过在CCM的阳极处，加入水电解的催化剂，当氢气燃料短缺时，通过水电解来替代碳氧化来提供质子，进而达到阻止碳腐蚀的目的，目前常用的策略是在CCM阳极催化层中混入水电解性能较好的钌氧化物与铱氧化物，该手段会增加阳极处的欧姆内阻。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法和应用，以解决抗反极催化剂会增加阳极处内阻的问题。
[0006]申请人在研究过程中发现：反极现象一般会造成两种负面效应。第一种是为了弥补燃料的不足造成质子缺少，无法及时传输到阴极，CCM阳极上的碳会发生氧化反应来提供质子，这将造成碳腐蚀，进而使催化剂性能下降。第二种是发生反极现象时，催化剂上的铂颗粒将急剧变大，这将使铂的催化能力下降，进而导致电池的性能及寿命下降。
[0007]目前解决反极现象一般是通过在CCM的阳极处，加入水电解的催化剂，当氢气燃料短缺时，通过水电解来替代碳氧化来提供质子，进而达到阻止碳腐蚀的目的，目前常用的策略是在CCM阳极催化层中混入水电解性能较好的钌氧化物与铱氧化物。如中国专利技术专利申请CN112838227A一种质子交换膜燃料电池抗反极催化剂及其制备方法。其采用的抗反极催化剂的主要成分为Pt/WO3‑
Mn，该方案中WO3
‑
Mn的水电解能力即HER活性并不高，并不能很好的达到阻止碳腐蚀的目的。除此之外，WO3‑
Mn的引入将较大的增加CCM的接触电阻，导致电池性能的下降。如中国专利技术专利申请CN113871629A一种抗反极催化剂、其制备方法及应用，其主要是通过在CCM阳极处加入氧化铱来缓解碳的腐蚀；该方法中，氧化铱的加入会使得CCM阳极处的欧姆内阻增加，并且CCM的发电能力下降，并且铱元素较难获取，其成本较高，这增加了电池的制造成本。
[0008]本专利技术实施例提供了一种燃料电池用抗反极催化剂，所述催化剂的原料包括：石墨烯和抗反极材料，所述催化剂为石墨烯和抗反极材料的交联复合物。
[0009]可选的，所述抗反极材料包括：非贵金属硫化物。
[0010]可选的，所述非贵金属硫化物为纳米片状。
[0011]可选的，所述石墨烯和非贵金属硫化物的质量比为1：1
‑
4。
[0012]可选的，所述非贵金属硫化物的原料包括：氯化亚锡、生成剂和剥离剂。
[0013]可选的，所述氯化亚锡、生成剂和剥离剂的质量比为1：4
‑
8：2
‑
5。
[0014]可选的，所述生成剂包括TAA。
[0015]可选的，所述剥离剂包括PVP、N
‑
(3
‑
甲氧基丙基)
‑2‑
吡咯烷酮和吡咯烷酮中的一种。
[0016]可选的，所述催化剂的原料还包括粘结剂。
[0017]可选的，所述石墨烯与粘结剂的质量比为1：0.01
‑
0.05。
[0018]可选的，所述粘结剂包括Nafion溶液、丙烯酸和聚氨酯中的一种。
[0019]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种如上所述的燃料电池用抗反极催化剂的制备方法，所述方法包括：
[0020]得到抗反极材料；
[0021]将所述抗反极材料和石墨烯进行复合，得到催化剂。
[0022]可选的，所述得到抗反极材料，具体包括：
[0023]将氯化亚锡、生成剂、剥离剂和分散溶剂进行混合，得到混合物；
[0024]将所述混合物进行加热反应，得到抗反极材料。
[0025]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种膜电极，所述膜电极包括阳极催化层，所述阳极催化层含有如上所述的燃料电池用抗反极催化剂。
[0026]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括如上所述的膜电极。
[0027]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0028]本专利技术实施例提供的燃料电池用抗反极催化剂，采用石墨烯和抗反极材料进行复合，石墨烯的加入能够使抗反极材料与商用催化剂较好的结合，使CCM的内阻及接触内阻不会因为弱导电物质的加入而使得性能下降。
[0029]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的方法的流程图；
[0032]图2是本专利技术实施例提供的实验结果图；
[0033]图3是本专利技术实施例1提供的催化剂的扫描电镜图。
具体实施方式
[0034]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0035]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0036]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0037]名词解释：
[0038]TEG:三甘醇
[0039]TAA:N
‑
对甲苯磺酰基
‑
L
‑
精氨酰胺盐酸盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述催化剂的原料包括：石墨烯和抗反极材料，所述催化剂为石墨烯和抗反极材料的交联复合物。2.根据权利要求1所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述抗反极材料包括：非贵金属硫化物。3.根据权利要求2所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述非贵金属硫化物为纳米片状。4.根据权利要求2至3中任意一项所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述石墨烯和非贵金属硫化物的质量比为1：1
‑
4。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述非贵金属硫化物的原料包括：氯化亚锡、生成剂和剥离剂。6.根据权利要求5所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述氯化亚锡、生成剂和剥离剂的质量比为1：4
‑
8：2
‑
5。7.根据权利要求5所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述生成剂包括TAA。8.根据权利要求5所述的燃料电池用抗反极催化剂，其特征在于，所述剥离剂包括PVP、N
‑
(3
‑
甲氧基...

【专利技术属性】
技术研发人员：高佳武，唐雪君，周江峰，王智捷，赵航，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：