用于燃料电池的含铂催化剂的气固还原法制备方法技术

一种用于制造一燃料电池一催化剂的方法(100)，可以包括提供一铂前驱体及一碳材料的混合物(102，104)。所述铂前驱体及所述碳材料可以混合(106)以形成一铂碳混合物。所述铂碳混合物可以加热(108)以形成一多孔固体。所述多孔固体可以研磨(110)成一粉末。所述粉末可以与一还原剂反应(112)以形成所述催化剂。以与一还原剂反应(112)以形成所述催化剂。以与一还原剂反应(112)以形成所述催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的含铂催化剂的气固还原法制备方法
[0001]相关申请
[0002]本申请主张2020年9月28日提交的美国临时申请第63/084,167号的优先权权益。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，并且更具体地，涉及一种制造燃料电池催化剂的方法。

技术介绍

[0004]本章节提供与本公开相关的背景信息，但不一定是现有技术。
[0005]目前正在开发燃料电池系统，以用作许多应用(例如车辆及固定发电厂)中的电源。这样的系统有望以经济的方式提供电力，并带来环境及其他方面的好处。然而，为了在商业上可行，燃料电池系统应所述表现出足够的运行可靠性，即使当燃料电池处于其优选运行范围之外的条件下时也是如此。
[0006]燃料电池将反应物(即燃料及氧化剂)转化以产生电能及反应产物。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(即阴极及阳极)之间的聚合物电解质或离子交换膜。催化剂通常会在电极处引发所需的电化学反应。分隔板或双极板(包括提供用于引导反应物穿过每个电极基板表面的一流场的数个板)设置在MEA的每一侧。
[0007]在操作中，在负载下的单一燃料电池的输出电压可以低于一伏特。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，以创建一更高电压的燃料电池堆叠。端板组件可以放置在所述堆叠的每一端，以将所述堆叠保持在一起并将所述堆叠部件压在一起。压缩力可以在各种堆叠部件之间提供密封及充分的电接触。燃料电池堆叠然后可以进一步串联及/或并联组合，以形成更大的阵列而提供更高的电压及/或电流。
[0008]用于燃料电池的含铂催化剂可以通过一工艺制造，所述工艺包括在炭黑、水及有机还原剂(如乙二醇)的一浆液(slurry)中还原铂盐(例如六水合六氯铂酸(hexachloroplatinic acid hexahydrate，H2PtCl6·
6H2O)。使用所述方法制备铂催化剂的缺点涉及缓慢的温度控制，因此涉及粒度控制。所述工艺还需要在还原后进行大量洗涤，以去除残留的有机还原剂及其他分解产物。
[0009]因此，持续需要一种制造用于燃料电池的催化剂的方法，所述方法允许了改善的粒度控制。

技术实现思路

[0010]根据本公开内容，已经出人意料地发现了制造用于燃料电池的催化剂的方法，允许了改善的粒度控制。
[0011]在一实施例中，一种用于制造用于燃料电池的催化剂的方法可以包括提供一铂前驱物及一碳材料。可以混合铂前驱物及碳材料以形成铂碳混合物。可以加热铂碳混合物以形成多孔固体。可以研磨多孔固体以形成粉末。可以将粉末还原以形成催化剂。
[0012]根据本技术，在某些实施例中，可根据本文所述的方法生产含铂催化剂。炭黑及六水合六氯铂酸(H2PtCl6·
6H2O)可以在约60℃至约80℃的温度下充分混合。在此温度范围内，由于结晶水含量高，铂盐会熔化。可以使用用于混合的一种或多种常规实验室技术来进行混合过程。
[0013]接下来，可以提高炭黑及六水合六氯铂酸混合物的温度；例如，至约110℃。加热到所述温度有助于去除混合物中的任何结晶水。应理解，一些H2PtCl6可以在此温度下形成PtCl4。
[0014]除去结晶水之后，混合物可以具有多孔固体的形式，然后可以将其研磨成具有所需粒度的粉末；例如，像灰尘一样的粉末。这种粉末可以放在反应器中，反应器可以用各种气体吹扫(purged)并最终置于真空下。最初地，反应器可以包含惰性气体(例如Ar)，或者可以将粉末置于真空下，然后可以加热粉末；例如，至约140
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180℃。然后，可以将小部分H2添加到惰性气流中。因此，H2PtCl6可以反应，被氢气还原，形成Pt及HCl。气态HCl可以通过惰性气体的连续流动或吹扫(purged)来去除。总反应时间可以少于几分钟。可以通过调整还原反应温度及H2浓度来控制Pt粒径。
[0015]冷却后，含Pt的粉末可用作催化剂。有利地，所述粉末可以立即使用并且不需要进一步洗涤。应当理解，只要在给定的反应条件下分解产物中没有还原剂的残留物，H2就可以被甲醇或其他有机还原剂代替。
[0016]在某些实施例中，初始混合过程可以用炭黑、铂盐及离聚物溶液进行。在高温处理过程中(例如，在110℃下)，离聚物溶液的溶剂可以蒸发，并且可以获得固体粉末。所有其他工艺步骤可以参照如上所述的内容。包括离聚物的优点是可以产生更大种类的Pt/碳/离聚物/空隙的四相区。同样地，在某些情况下，离聚物溶液还可以包含醇，这有助于Pt还原。
[0017]对于二元催化剂，例如PtCo合金或核
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壳类型，可以使用钴盐及稍微更剧烈的反应条件进行气
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固还原步骤；例如，增加时间及/或温度。然后可以还原所获得的铂盐，如上所述。使用混合铂盐及钴盐的一步法也可以运行。
[0018]在某些实施例中，可以使用有机金属Pt前驱物。这种有机金属前驱物(例如，有机金属Pt+C+离聚物)可以在相对较低的温度(例如，50℃及100℃之间)分解，并且分解的有机产物可以挥发并以气体形式去除。
[0019]尽管制造过程在本文中被描述为一分批过程，但应当理解，也可以采用一连续制造过程。
[0020]根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。本
技术实现思路
中的描述及具体示例仅用于说明的目的，并不用于限制本公开的范围。
附图说明
[0021]本文描述的附图仅用于说明所选实施例的目的而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
[0022]图1是一流程图，其描绘了根据本公开的一实施例的一种用于制造用于一燃料电
池的一催化剂的方法。
具体实施方式
[0023]以下技术描述仅示例一种或多种专利技术的主题性质、制造及用途的，并不旨在限制本申请或其他可能要求优先于本申请的申请，或其中公开的专利。关于所公开的方法，所呈现的步骤的顺序本质上是示例性的，因此，除非另有明确说明，否则在各种实施例中步骤的顺序可以不同，包括某些步骤可以同时执行的情况。此处使用的“一(a或an)”表示存在“至少一个”项目；如果可能，可以存在多个这样的项目。除非另有明确说明，本说明书中的所有数值均应理解为由“大约”一词修饰，所有几何及空间描述符均应理解为在描述本技术的最广泛范围时由“基本上”一词修饰。当应用于数值时，“大约”表示计算或测量允许值中存在一些轻微的不精确性(在某种程度上接近值的精确性；大约或合理地接近所述值；几乎)。如果出于某种原因，“大约”及/或“基本上”所提供的不精确性在本领域中没有以其他方式理解为具有这种普通含义，那么本文所用的“大约”及/或“基本上”至少表示可能存在的变化产生于测量或使用这些参数的普通方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造一燃料电池的一催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将一铂前驱物与一碳材料混合以形成一混合物；将所述混合物加热以形成一多孔固体；将所述多孔固体磨成一粉末；及使所述粉末与一还原剂反应，从而形成所述催化剂，所述催化剂包括分布在数个碳颗粒上的数个铂颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铂前驱物为六水合六氯铂酸。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳材料为炭黑。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合步骤在大约60℃至大约80℃的温度下进行。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合步骤在不具有一溶剂的情况下进行。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热步骤包括以下步骤：将所述铂前驱物及所述碳材料的所述混合物加热至大约110℃。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂包括氢气。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述反应步骤包括以下步骤：将所述粉末置于具有一惰性气体流的一反应器中。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反应器加热至大约140℃至大约180℃的温度。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氢气被加入所述惰性气体流以形成所述催化剂及氯化氢气体。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述反应步骤包括以下步骤：在一预定时间内增加所述反应器内的一氢气压力。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，增加所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚瑟，
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：