一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。燃料电池膜电极催化剂，包括具有离子传导性的聚合物和嵌设于聚合物内的多孔金属，包括具有离子传导性的聚合物和嵌设于聚合物内的多孔金属，其中多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到。燃料电池膜电极催化剂的制备方法是在聚合物表面嵌设含Al合金层，去除含Al合金层中的Al原子。此制备方法制得的燃料电池膜电极催化剂，催化活性更强，并且通过离子传导性的聚合物提供通畅的离子传输通道，使电池效率更高。

Fuel cell membrane electrode catalyst and preparation method thereof

The invention provides a fuel cell membrane electrode catalyst and a preparation method thereof, belonging to the technical field of fuel cell catalyst. Fuel cell membrane electrode catalysts include polymer with ionic conductivity and porous metal embedded in polymer, including polymer with ionic conductivity and porous metal embedded in polymer, in which porous metal is obtained by removing Al from Al-containing alloy. The preparation method of fuel cell membrane electrode catalyst is that the Al-containing alloy layer is embedded on the polymer surface to remove the Al atoms in the Al-containing alloy layer. The fuel cell membrane electrode catalyst prepared by the method has stronger catalytic activity, and provides a smooth ion transport channel through the ion conductive polymer, so that the battery efficiency is higher.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法
本专利技术涉及燃料电池催化剂
，具体而言，涉及一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着能源问题的日益突出，以及对清洁、高效能源利用技术的迫切需求，作为公认的清洁、高效、安全的能源利用技术之一，燃料电池技术显示出广阔的发展前景，预计在21世纪，燃料电池技术将逐步形成一个可持续发展的产业经济门类。燃料电池是利用电化学过程将燃料和氧化剂的化学能等温转化为电能的电化学装置，各种燃料电池之间的区别主要在于输出电能发生的电化学反应及其配套电极－电解质体系。20世纪90年代初，随着杜邦公司nafion系列质子交换膜在燃料电池中应用，离子传导性的聚合物膜燃料电池(PEMFC)在实用化上取得突破性进展，在宇航、汽车、军用移动电源、民用便携式电源等方面发展迅速。现有膜电极的催化剂层一般由催化剂纳米颗粒、碳粉和离子传导性的聚合物树脂构成，是燃料电池电化学反应的场所。催化剂纳米颗粒只有在与导电子体碳粉、导离子体电解质树脂同时接触才能有效发挥作用，而催化剂纳米颗粒、碳粉和离子传导性的聚合物树脂三者机械混合不均匀容易产生催化活性位点与导电子体碳粉或导离子介质离子传导性的聚合物树脂分离的问题，导致阳极侧燃料氧化产生的电子或离子无法传递到阴极侧或阴极侧的氧气还原反应因缺少质子或电子而无法进行，影响阴、阳极电催化剂的使用效率，降低电池的输出功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂，催化活性强，并且通过离子传导性的聚合物提供通畅离子传输通道，使电池效率更高。本专利技术的另一目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂的制备方法，方法简单，制备方便。本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种燃料电池膜电极催化剂，包括具有离子传导性的聚合物和嵌设于聚合物内的多孔金属，其中多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述多孔金属具有孔道，孔道、多孔金属和聚合物均为连续结构。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述孔道的孔径为2－100nm。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述含Al合金为含Al二元合金或含Al三元合金。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述Al二元合金选自CuAl、CoAl、NiAl、AgAl和PdAl中的一种。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述含Al三元合金选自含CuAl的三元合金、含NiAl的三元合金、含PdAl的三元合金和含PtAl的三元合金中的一种。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述含Al合金中，Al原子的量占含Al合金的原子总量的25－85％。一种燃料电池膜电极催化剂的制备方法，在聚合物表面嵌设含Al合金层，去除含Al合金层中的Al原子。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述在聚合物表面嵌设含Al合金层包括：以聚合物膜为衬底，采用磁控溅射法在聚合物膜表面溅射含Al合金层。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述去除含Al合金层中的Al原子包括：在聚合物表面嵌设含Al合金层后置于碱溶液中。本专利技术的较佳实施例提供的燃料电池膜电极催化剂的有益效果是：多孔金属能够提供良好的传质通道，多孔金属的金属韧带可以作为催化剂与导电子体的结合体，离子传导性的聚合物可以提供通畅的离子传输通道，多孔金属嵌设于离子传导性的聚合物内，催化剂表面化学反应中产生的电子可通过金属韧带迅速转移到外电路，产生的质子、氢氧根离子等可通过离子传导性聚合物的离子传输通道转移到对电极，提高催化剂的利用效率，电池效率有效提高。其中多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到，得到的多孔金属其孔道较为均匀，催化活性更高。本专利技术提供的燃料电池膜电极催化剂的制备方法的有益效果包括：在离子传导性的聚合物表面嵌设Al合金层，再去除Al合金层中较活泼的Al金属，从而得到多孔金属，多孔金属嵌设在离子传导性的聚合物的表面，方法简单，操作方便。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图也属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术实施例1提供的燃料电池膜电极催化剂的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的燃料电池膜电极催化剂及其制备方法进行具体说明。燃料电池膜电极催化剂，包括具有离子传导性的聚合物和嵌设于聚合物内的多孔金属，其中多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到。多孔金属能够提供良好的传质通道，多孔金属的金属韧带可以作为催化剂与导电子体的结合体，离子传导性的聚合物可以提供通畅的离子传输通道，多孔金属嵌设于离子传导性的聚合物内，催化剂表面化学反应中产生的电子可通过金属韧带迅速转移到外电路，产生的质子、氢氧根离子等可通过离子传导性聚合物的离子传输通道转移到对电极，提高催化剂的利用效率，电池效率有效提高。其中多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到，得到的多孔金属其孔道较为均匀，催化活性更高。多孔金属具有孔道，孔道、金属韧带和聚合物均为连续结构。三者均为连续结构，使多孔金属中连通的孔道能够提供更好的传质通道，并且，多孔金属表面化学反应产生的电子能够通过连续的金属韧带转移至外电路，产生的质子、氢氧根离子等可通过连续的离子传导性的聚合物的通畅的离子传输通道更加迅速完整地转移至对电极，进一步地提高催化剂的利用效率，使电池效率进一步有效提高。孔道的孔径为2－100nm。达到纳米尺寸，显著提高催化剂的比表面积即反应活性位点，使燃料电池膜电极催化剂的催化活性更高。燃料电池膜电极催化剂为薄膜结构，燃料电池膜电极催化剂的厚度为50nm～100μm，宏观尺度薄膜材料的纳米级韧带，可迅速转移反应产生电子，使燃料电池膜电极催化剂的催化活性更高。含Al合金为含Al二元合金或含Al三元合金。即将含Al二元合金中的Al去除以后，得到多孔金属，将含Al三元合金中的Al去除以后，得到多孔金属合金。本专利技术中的多孔金属可以是多孔单金属或多孔金属合金，能够有很好的催化效果。Al二元合金选自CuAl、CoAl、NiAl、AgAl和PdAl中的一种。去除Al原子以后，得到的多孔金属为Cu、Co、Ni、Ag和Pd，这几种金属作为多孔金属，最后得到的燃料电池膜电极催化剂的催化活性更高，制备也更加方便。含Al三元合金选自含CuAl的三元合金、含NiAl的三元合金、含PdAl的三元合金和含PtAl的三元合金中的一种。含CuAl的三元合金可以是：AuCuAl、PtCuAl、PdCuAl或AgCuAl；含NiAl的三元合金可以为：PdNiAl、或PtNiAl；含PdAl的三元合金可以为：PdFeAl或PdCoAl；含PtAl的三元合金可以为：PtFeAl、PtPbAl或PtBiAl。去除Al原子以后，得到的多孔金属合金为AuCu、PtCu、PdCu、AgCu、PdNi、PtNiAl、PdFe、PdCo、PtFe、Pt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，包括具有离子传导性的聚合物和嵌设于所述聚合物内的多孔金属，其中所述多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，包括具有离子传导性的聚合物和嵌设于所述聚合物内的多孔金属，其中所述多孔金属为将含Al合金中的Al去除得到。2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述多孔金属具有孔道，所述孔道、所述多孔金属和所述聚合物均为连续结构。3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述孔道的孔径为2－100nm。4.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述含Al合金为含Al二元合金或含Al三元合金。5.根据权利要求4所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述Al二元合金选自CuAl、CoAl、NiAl、AgAl和PdAl中的一种。6.根据权利要求4所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述含Al三元合...

【专利技术属性】
技术研发人员：印会鸣，丁轶，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12