一种用于制造功能化的金属氧化物产物的方法(100)，所述功能化的金属氧化物产物被配置为用于燃料电池的阳极催化剂层，所述方法可以包括：形成催化剂溶液，其可以包括将金属氧化物混入水中(102)。可以通过将脂肪酸混入水中来形成储备溶液(106)。可以将所述储备溶液添加到所述催化剂溶液中以形成固体部分和液体部分(108)。可以将所述固体部分从所述液体部分(110)中移出。可以洗涤并干燥所述固体部分，从而形成所述功能化的金属氧化物产物(112)。所述功能化的金属氧化物产物被配置为改进所述燃料电池的电池反转耐受性。改进所述燃料电池的电池反转耐受性。改进所述燃料电池的电池反转耐受性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有通过功能化和稳定化的金属氧化物改进的电池反转耐受性的电极
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年9月28日提交的美国临时申请序列号63/084,177的优先权。上述申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003]本技术涉及燃料电池催化剂，更具体地，涉及具有改进的电池反转耐受性的燃料电池催化剂。
技术介绍
[0004]本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0005]目前正在开发燃料电池系统以用作在诸如车辆和固定发电厂的许多应用中的电源。这样的系统有望经济地传送电力，并具有环境的及其他的效益。然而，为了在商业上可行，即使当燃料电池处于其优选运行范围之外的条件下时，燃料电池系统仍应该表现出充足的运行可靠性。
[0006]燃料电池转化反应物(即燃料和氧化剂)以产生电能和反应产物。聚合物电解质膜燃料电池(Polymer electrolyte membrane fuel cells，PEM燃料电池)采用膜电极组件(membrane electrode assembly，MEA)，其包括设置在两个电极(即阴极和阳极)之间的聚合物电解质膜或离子交换膜。催化剂通常会在所述电极处引发所需的电化学反应。分隔板或双极板(包括提供流场的板，用于引导反应物穿过每个电极基板的表面)设置在所述MEA的每一侧。
[0007]在运行中，单个燃料电池在负载下的输出电压可以低于1伏。因此，为了提供更大的输出电压，可以将多个电池堆叠在一起并串联连接以创建更高电压的燃料电池堆。端板组件可以放置在所述堆的每一端以将所述堆保持在一起并将堆部件压在一起。压缩力可以在各种堆部件之间提供密封和充分的电接触。燃料电池堆然后可以进一步串联和/或并联组合以形成更大的阵列，以用于传送更高的电压和/或电流。
[0008]在实务中，燃料电池对于变化的操作条件需要是稳健的，尤其是在施加大量开关循环和/或需要动态的负载跟踪功率输出的应用中，例如在车辆应用中发现的那些。例如，燃料电池阳极催化剂优选地应耐受电池电压反转和一氧化碳中毒，而碳负载的催化剂优选地应在启动和关闭过程中耐腐蚀。
[0009]电池反转耐受性通常是在反应物缺乏，尤其是氢缺乏期间，用于改进燃料电池堆稳健性的超规格要求。当串联堆中的一个燃料电池无法产生足够的电流以跟上串联堆中的其余电池时，会发生电压反转。若干条件会导致PEM燃料电池中的电压反转，包括例如氧化剂不足、燃料不足及电池部件或结构的某些问题。与电池堆中的其他电池相比，当一个或多个电池经历这些条件之一的更极端水平时，通常会发生电压反转。虽然这些条件中的每一个都可能导致负的燃料电池电压，但这种反转的机制和后果可能因引起反转的条件而不
同。
[0010]一个堆内的电池组也可以经历电压反转，甚至整个堆可以被阵列中的其他堆驱动至电压反转。除了与一个或多个电池进入电压反转相关的功率损失外，这种情况还会引起操作和性能问题。可能发生不期望的电化学反应，这可能对燃料电池部件产生不利影响。部件劣化会降低受影响的燃料电池的可靠性和性能，进而降低与其相关的堆和阵列的可靠性和性能。例如，在冷启动期间或由于多种问题，可能发生氢气不足。氢气缺乏会导致一个堆内的一个或多个电池的电池反转，并增加阳极电位(例如，超过1.4V)，这会导致催化剂和其他MEA部件的氧化/腐蚀，其中快速氧化事件甚至会损坏PEM燃料电池的膜。
[0011]可以通过多种方式使燃料电池更耐受电池反转。例如，可以促进水电解而不是阳极处的阳极组分氧化，这可以通过在阳极处掺入额外的催化剂组合物以促进水电解反应来实现。因此，在电压反转期间被迫通过燃料电池的更多电流可以在水的电解中被消耗，而不是在阳极组分的氧化中被消耗。为此，可以使用基于钌的燃料电池催化剂来减轻电压反转。水电解催化剂的示例包括Pt
‑
Ru合金、RuO2、其他金属氧化物混合物，和/或包含有Ru的固溶体。
[0012]其他改进电池电压反转耐受性的方法包括，使用在任选的耐腐蚀载体上采用更高的催化剂负载(例如，至少60wt％的催化剂)并掺入某些未被负载的催化剂组合物的阳极，以促进水电解反应。组合物可包括以化学式为RuOx和IrOx为特征的金属氧化物，其中x大于1，具体地为约2，并且其中Ru与Ir的原子比大于约70:30，具体地为约90:10。
[0013]在某些燃料电池操作条件下，钌和含Ru组合物可能不稳定。例如，在直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells，DMFC)和氢气/空气燃料电池中，在异常条件下(例如，电池反转导致非常高的阳极电位)及在正常DMFC操作条件下，钌已被证明从Pt
‑
Ru黑催化剂跨越(crossover)并在Pt阴极催化剂处再沉积。
[0014]因此，持续需要改进燃料电池的电池反转耐受性的方法。
技术实现思路
[0015]根据本公开，令人惊讶地发现了制备和使用功能化和稳定化的金属氧化物的组合物的方法，其改进了燃料电池的电池反转耐受性。
[0016]在一个实施例中，一种用于制造功能化的金属氧化物产物的方法，所述功能化的金属氧化物产物被配置成用于燃料电池的阳极催化剂层，所述方法可以包括：形成催化剂溶液，其可以包括将金属氧化物混入水中。可以通过将脂肪酸混入水中来形成储备溶液。可以将所述储备溶液添加到所述催化剂溶液中以形成固体部分和液体部分。可以将所述固体部分从所述液体部分中移出。可以洗涤并干燥所述固体部分，从而形成所述功能化的金属氧化物产物。
[0017]根据本技术，某些金属氧化物(例如氧化铱、氧化铱钌、氧化钌铱，以及被负载的复合金属氧化物(诸如氧化铱和氧化铌的复合物，例如IrO2/Nb2O5))可以被表面功能化，以改进金属氧化物的电池反转耐受性和稳定性。增加电池反转时间可以最大限度地减少贵金属催化剂的载量，其中功能化和稳定化的金属氧化物的稳定性增加不仅可以使金属氧化物的溶解减少，而且还可以防止由于污染所导致的性能下降。某些实施例包括本专利技术的组合物可用于具有Pt/C催化剂的燃料电池的阳极催化剂层，以改进电池反转耐受性。
[0018]从本文提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。在此
技术实现思路
中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0019]本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0020]图1是描绘根据本公开的一个实施例的一种制造功能化的金属氧化物产品的方法的流程图；和
[0021]图2是描绘三种膜电极组件的电池反转耐受性的图表，其描绘了一种膜电极组件的增强的电池反转耐受性，所述膜电极组件包括通过本公开的一个实施例的方法制造的阳极催化剂层。
具体实施方式
[0022]下面的技术描述的性质仅是对一个或多个专利技术的主题、制造和使用进行示例，并不旨在限制本申请中或在可能提交的要求优先权于本申请的其他申请中或从其授予的专利中要求保护的任何具体专利技术的范围本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造功能化的金属氧化物产物的方法，所述功能化的金属氧化物产物被配置为用于燃料电池的阳极催化剂层，其特征在于：所述方法包括以下步骤：提供包含有金属氧化物的水性催化剂溶液；提供包含有脂肪酸或其盐的水性储备溶液；以及将所述储备溶液添加到所述催化剂溶液中，以产生液体部分和固体部分，所述固体部分包括所述功能化的金属氧化物产物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括将所述固体部分从所述液体部分分离。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括洗涤和干燥所述固体部分。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金属氧化物包括氧化铱、氧化钌、氧化钌铱、氧化铱和氧化铌的复合物，以及它们的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脂肪酸或其盐包括脂肪酸钠盐或脂肪酸钾盐。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脂肪酸或其盐包括选自于由硬脂酸盐、油酸盐及其组合组成的群组中的一种脂肪酸盐。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脂肪酸或其盐包括具有C12至C26碳链的脂肪酸。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脂肪酸或其盐包括具有C16至C22碳链的脂肪酸。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括加热所述水性催化剂溶液的步骤。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述水性催化剂溶液被加热至约55℃至约80℃之间。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉杰什，
申请(专利权)人：海易森汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。