【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池领域，主要涉及一种燃料电池抗反极能力的方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池是一种利用氢气和氧气发生反应，能直接将化学能转化为电能的装置，具有高效、清洁、无污染等特点。然而，当前燃料电池商业化发展主要是受到成本以及使用寿命的制约，膜电极作为质子交换膜燃料电池的关键部件，在其中起到了最为关键作用。膜电极主要由质子交换膜、催化层、气体扩散层组成，在这之中，催化层的衰减占据了主要因素。因此，如何提升催化层的耐久性具有重要价值。
2、催化层在启停过程或者高功率运行时，会出现燃料不足的情况。当阳极燃料不足时，阳极将产生高电位，导致电池电压反转(＞1.2v)，即为反极。此时，阳极碳腐蚀加剧，破坏催化层结构从而引起电池性能下降。严重时，阳极高电位产生的大量热量将导致质子交换膜形成局部热点，引起膜穿孔。
3、除了发生碳腐蚀，在高电位作用下也会发生水电解反应，二者互为竞争。若水电解反应加剧，则碳腐蚀速度也将得到一定缓解，从而延长了燃料电池使用寿命。通过改良阳极催化剂(制备铂铱/钌/钴/镍等或其氧化物的合金催化剂)或者在阳极催化层中加入电解水催化剂可有效增加阳极水电解反应速度。然而现有阳极催化剂本身的碳载体耐腐蚀较差，在长时间反极后，碳载体同样也将发生腐蚀。公开号为cn115312795a公开了一种提升燃料电池铂基催化剂耐久性的方法，利用金属铱原子/团簇对铂基纳米颗粒进行表面修饰，形成高稳定性铂基催化剂。在不降低初始活性的前提下，表面修饰金属铱原子/团簇有效提升了铂基催化剂的耐久性，金属铱优异的催化水
4、公开号为cn111082078b公开了一种高性能且抗电压反转的膜电极组件的制备方法，通过在阳极催化层中添加电解水催化剂，能有效减少因欠气而造成反极。但未考虑到阳极碳载体在长时间反极过程会出现缓慢的氧化，造成载体腐蚀，膜电极性能无法保证。
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有技术的不足，提供一种提升燃料电池抗反极能力的方法，从浆料配方以及催化层结构优化方面提升阳极抗反极能力。通过加入抗反极载体，可以优化阳极催化层结构，同时提升抗反极催化剂在催化层中的分散性，并对现有催化剂性能无影响；抗反极载体的加入可以减少抗反极催化剂的加入量，降低成本。本专利技术具有工艺简单，普适性高、节约成本等特点。
2、一种提升燃料电池抗反极能力的方法，包括如下步骤：
3、将催化剂、抗反极催化剂、抗反极载体、溶液和分散剂通过分散方式配制成成分均匀的阳极浆料，将阳极浆料、阴极浆料分别转移到质子交换膜的两侧，形成阳极催化层和阴极催化层，将其与气体扩散层通过热压的方式，组装成膜电极。
4、优选的，所述阴极浆料的制备方法为：将催化剂、溶液、分散剂通过分散方式获得所需的分散均匀的阴极浆料。
5、优选的，所述催化剂为常规碳载铂催化剂，或石墨化碳载铂催化剂，或在碳载体上形成有包含过渡金属和氮的过渡金属组合物，其中过渡金属选自铜、银、钒、铬、钼、钨、锰、钴、镍、铈或其组合。所述碳载铂催化剂中铂的载量为20-50wt％，所述石墨化碳载铂催化剂中铂的载量为20-50wt％。
6、优选的，所述抗反极催化剂为金属材料的氧化物或其复合物，所述金属材料为ru、ir、co、ni，ta，re、sn、sb中的一种或几种，例如铱的氧化物。
7、优选的，所述抗反极催化剂中金属材料的质量含量为50％-90％，抗反极催化剂的粒径为2-20nm。
8、优选的，所述抗反极载体为高比表面积的碳材料，可以是炭黑、乙炔黑、科金黑或者多孔碳等高比表面积碳材料。
9、优选的，所述抗反极载体的比表面积为1000-2000m2/g。
10、优选的，所述催化剂与抗反极催化剂的质量比为1:(0.01-10)，优选为1:(0.08～0.5)。
11、优选的，所述催化剂与抗反极载体的质量比为1:(0.01-10)，优选为1:(0.5～3)。
12、优选的，所述溶液的固含量为5wt％-25wt％。
13、优选的，所述催化剂中碳含量与溶液中固含量的质量比为1:(0.1～1)，优选为1:(0.6～1)。
14、优选的，所述分散剂为水、醇中的至少一种，所述醇为甲醇、异丙醇、正丙醇、叔丁醇或乙醇的至少一种。
15、优选的，所述分散剂与催化剂的质量比为1:(0.005～0.13)，优选为1:(0.01～0.10)。
16、优选的，所述分散剂为水和醇时，水与醇的质量比为1:(0.25～1)。
17、优选的，所述的分散方式为超声分散、机械搅拌、磁子搅拌、剪切搅拌、球磨搅拌或砂磨搅拌中的至少一种。
18、优选的，将阳极浆料、阴极浆料分别转移到质子交换膜两侧的方式为喷涂、涂覆或者转印。
19、优选的，按照阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阳极气体扩散层的顺序热压。
20、优选的，热压温度为100-140℃，热压的压力为70-80kg/cm2，热压时间为30-90s。
21、优选的，所述方法具体包括如下步骤：
22、步骤一、配制阳极浆料：
23、将催化剂与抗反极催化、抗反极载体搅拌均匀，加入适量溶液，搅拌10-15分钟，再加入分散剂，通过分散方式获得所需的分散均匀的阳极浆料；
24、步骤二、采用直接喷涂法将阳极浆料喷涂在质子交换膜的阳极侧；
25、步骤三、配制阴极浆料：
26、向催化剂加入适量溶液，搅拌10-15分钟，再加入分散剂，通过分散方式获得所需的分散均匀的阴极浆料；
27、步骤四、采用直接喷涂法将阴极浆料喷涂在质子交换膜的阴极侧，获得所需的燃料电池芯片ccm；
28、步骤五、将制备好的燃料电池芯片ccm与气体扩散层、聚酯边框通过油压机施加70-80kg/cm2的力热压制成膜电极组件mea。
29、优选的，将制备的膜电极组件mea组装成单电池，进行性能测试及抗反极测试；测试所述单电池的极化曲线及抗反极时间。
30、本专利技术的有益效果：
31、本专利技术通过在阳极催化层中加入抗反极载体以及抗反极催化剂，优化阳极催化层结构，可以大幅提升阳极催化层的抗反极能力，抗反极载体的加入可以将抗反极时间延长约1倍；在相同反极时间内加入抗反极载体，抗反极催化剂的使用量可减少50％以上；抗反极载体的加入可以提高膜电极的性能，大大提升膜电极使用寿命，且成本较低；同现有技术相比，该种方法适用成熟的催化剂产品无需对催化剂进行结构改造，对催化剂性能无影响，操作工艺简单，适用性强，可节约成本，克服了催化剂制造工序复杂，且容易导致膜电极性能降低的弊端。
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1.一种提升燃料电池抗反极能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极催化剂为金属材料的氧化物或其复合物，所述金属材料为Ru、Ir、Co、Ni，Ta，Re、Sn、Sb中的一种或几种，。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极催化剂中金属的质量含量为50％-90％，抗反极催化剂的粒径为2-20nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极载体为炭黑、乙炔黑、科金黑或者是多孔碳中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极载体的比表面积为1000-2000m2/g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂与抗反极催化剂的质量比为1:0.01-10；所述催化剂与抗反极载体的质量比为1:0.01-10。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极浆料的制备方法为：将催化剂、溶液、分散剂通过分散方式获得所需的分散均匀的阴极浆料。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述催化剂为
9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述分散剂为水、甲醇、异丙醇、正丙醇、叔丁醇或乙醇的至少一种；所述分散剂与催化剂的质量比为1:0.005～0.13。
10.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述分散方式为超声分散、机械搅拌、磁子搅拌、剪切搅拌、球磨搅拌或砂磨搅拌中的至少一种；将阳极浆料、阴极浆料分别转移到质子交换膜两侧的方式为喷涂、涂覆或者转印；热压温度为100-140℃，热压的压力为70-80kg/cm2，热压时间为30-90s。
...【技术特征摘要】
1.一种提升燃料电池抗反极能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极催化剂为金属材料的氧化物或其复合物，所述金属材料为ru、ir、co、ni，ta，re、sn、sb中的一种或几种，。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极催化剂中金属的质量含量为50％-90％，抗反极催化剂的粒径为2-20nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极载体为炭黑、乙炔黑、科金黑或者是多孔碳中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反极载体的比表面积为1000-2000m2/g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂与抗反极催化剂的质量比为1:0.01-10；所述催化剂与抗反极载体的质量比为1:0.01-10。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极浆料的制备方法为：将催化...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩志佳，李光伟，罗赛，许亭，韩雪，李雯祺，于鸣琦，王强，邢丹敏，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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