一种燃料电池催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池催化剂，属于燃料电池催化剂技术领域。本发明专利技术以氧化石墨烯、丙烯酸等为原料制备导电水凝胶，利用聚乙烯吡咯烷酮进行表面修饰，使得氧化石墨烯结构中的‑OH与聚丙烯酸中的‑COOH结合，吸附于网状结构，从而保障氧化石墨烯的良好分散，有效提高材料的导电性，缩短电子和离子的扩散路径，实现高效的电荷和物质传输；再以正硅酸乙酯为硅源、异丙醇铝为铝源制分子筛成分催化剂，具有发达的三维孔道结构，有良好的芳构化抗积碳作用，制磁性粒子，提高体系稳定性。本发明专利技术解决了针对现有燃料电池催化剂的活性和稳定性差，催化剂的工作寿命短的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池催化剂
本专利技术属于燃料电池催化剂
，具体涉及一种燃料电池催化剂。
技术介绍
与传统的热机相比，质子交换膜燃料电池作为清洁的能源，燃料可再生，来源广泛，储备安全，环境友好，其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，且能量转换率较高，发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时噪音小，尤其适合于便携式电源和电动汽车。除此之外，采用质子交换膜燃料电池氢能发电可以大大提高重要装备及建筑电气系统的供电可靠性，极大地提高智能化程度、节能水平和环保效益。因此，质子交换膜燃料电池是一种极有发展前途的清洁能源。与二次电池相比，燃料电池无需充电，只要不断提供燃料就可持续稳定发电。质子交换膜燃料电池工作时，在阳极区氢气通过气体扩散层抵达阳极催化层，并在电催化剂的作用下发生氧化反应：阳极产生的电子经过外电路抵达阴极区，产生的氢离子通过质子交换膜抵达阴极区，二者与空气中的氧气在阴极催化层中发生还原反应。燃料电池电极表面的电化学反应通常包含以下几个过程：（1）反应物向电极表面的迁移过程；（2）反应物在电极（或电催化剂）表面的吸附过程；（3）电极表面的电子转移过程；（4）吸附在电极（或电催化剂）表面产物的脱附过程；（5）产物由电极表面向本体的迁移过程。除电极表面的电化学反应过程外，单体电池内的传质过程、水热平衡管理过程等也与电池的极化损失、能量转换效率密切相关。发生在电极上的电化学反应除了具有一般化学反应的全部属性之外，唯一的不同之处在于电化学反应的反应活化能还可以通过电极电势的改变进行调控，从而可以改变反应进行的方向和速率。发展低成本、高性能的燃料电池催化剂是实现燃料电池商业化的关键。目前，铂基催化剂仍是动力燃料电池不可替代的主催化剂。最近几年燃料电池催化剂增强方面的研究进展，探讨了新型催化剂材料的设计与制备以及提高催化剂活性或稳定性的方法，包括表面修饰、包覆、合金化、几何与电子结构以及晶体结构的调变、催化剂/载体相互作用等手段。在质子交换膜燃料电池中，催化剂是核心组成部分，也是决定电池成本和性能的关键材料。常用的载体有碳黑、碳纳米管和介孔碳，碳黑是目前广泛应用的催化剂载体之一，但其抗腐蚀性较弱，稳定性差；碳纳米管表面呈惰性，缺乏活性位，贵金属颗粒很难在其表面均匀沉积附着；介孔碳的多孔特性使得部分催化剂金属纳米颗粒可能会被包覆在孔道内，导致催化剂的利用率降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有燃料电池催化剂的活性和稳定性差，催化剂的工作寿命短的问题，提供一种燃料电池催化剂。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：一种燃料电池催化剂，按质量份数计包括如下组份，5~10份黏度调节剂、3~6份助剂、40~60份水，其特征在于，还包括15~30份磁性粒子复合物、20~40份氧化石墨烯-壳聚糖复合水凝胶、20~35份分子筛成分。所述黏度调节剂：盐酸羟胺、微晶石蜡、环己醇、沙索蜡中的任意一种。所述助剂：按质量份数计，取3~5份硝酸钙、8~10份硝酸铁、4~5份硝酸锌、50~70份水混合，即得助剂。所述磁性粒子复合物的制备：取FeCl2·4H2O按质量比1：4~7：0.01加入去离子水、Fe粉混合，调节pH，升温至66~85℃保温，过滤，取滤液加入滤液质量5~10%的油酸钠、滤液质量2~3倍的FeCl3溶液混合，通氮气保护，搅拌，调节pH，陈化，抽滤，取滤渣用滤渣质量3~6倍的无水乙醇洗涤，干燥，得干燥物，取干燥物研磨，即得磁性粒子复合物。所述氧化石墨烯-壳聚糖复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）按质量比为1：5~8：10~15取氧化石墨烯、丙烯酸、水混合搅拌，超声分散，加入丙烯酸质量25~40%的聚乙烯吡咯烷酮，超声分散，得分散液，取分散液加入分散液质量6~12%的交联剂、分散液质量5~10%的引发剂，高速搅拌混合，得改性氧化石墨烯水凝胶；（2）于30~45℃，取壳聚糖按质量比1：6~10加入乙酸溶液，加入壳聚糖质量的70~90%的改性氧化石墨烯水凝胶混合，超声波振荡，搅拌，静置，取上层液体离心，得取离心物用离心物质量3~6倍的水清洗，干燥，即得氧化石墨烯-壳聚糖复合水凝胶。所述步骤（1）中的交联剂：按质量比6：1~2取过氧化二异丙苯、氧化锌混合，即得交联剂。所述步骤（1）中的引发剂：过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的任意一种。所述分子筛成分的制备方法，包括如下步骤：S1.按质量比1：1：15~20取正硅酸乙酯、异丙醇铝、Na2O、水混合搅拌，静置胶化，得胶化物，取胶化物加入胶化物质量4~8%的模板剂，升温至80~95℃恒温静态晶化，过滤，得滤渣A，取滤渣A用滤渣A质量3~6倍的碳酸钠溶液洗涤，干燥，得干燥物；S2.取干燥物焙烧，冷却，得焙烧物，取焙烧物加入焙烧物质量3~6倍的NH4NO3溶液混合，浸泡，过滤，得滤渣B，取滤渣B焙烧，冷却，出料，即得分子筛成分。所述步骤S1中的模板剂为环己亚胺、氢氧化己烷双铵、四丙基氢氧化铵中的任意一种。所述步骤S2中的焙烧温度为650~800℃，焙烧时间为3~5h。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术以氧化石墨烯、丙烯酸等为原料制备导电水凝胶，并利用聚乙烯吡咯烷酮进行表面修饰，从而使氧化石墨烯良好分散，避免在制备过程中发生团聚造成不利影响，而在后续制备过程中，壳聚糖和聚丙烯酸形成的凝胶网络，使得氧化石墨烯结构中的-OH与聚丙烯酸中的-COOH结合，吸附于网状结构，从而保障氧化石墨烯的良好分散，又可有效提高材料的导电性，石墨粒子可以互相接触，形成了一些导电通道，缩短电子和离子的扩散路径，从而实现高效的电荷和物质传输；（2）本专利技术以正硅酸乙酯为硅源、异丙醇铝为铝源制具有发达的十元环孔道的分子筛催化剂，其三维孔道结构，有良好的芳构化抗积碳作用，能够有效地使得燃料电池组分具有良好的分散性防凝结，提高体系稳定性，配合以FeCl2·4H2O、油酸钠等为原料制备的磁性粒子复合物，经磁性畴壁力作用，形成微磁场，在矫顽力和磁畴的作用下，稳定分子筛及导电水凝胶之间的相互作用，更可提高体系的稳定性及导电性。具体实施方式交联剂：按质量比6：1~2取过氧化二异丙苯、氧化锌混合，即得交联剂。引发剂：过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的任意一种。黏度调节剂：盐酸羟胺、微晶石蜡、环己醇、沙索蜡中的任意一种。助剂：按质量份数计，取3~5份硝酸钙、8~10份硝酸铁、4~5份硝酸锌、50~70份水混合，即得助剂。模板剂：环己亚胺、氢氧化己烷双铵、四丙基氢氧化铵中的任意一种。磁性粒子复合物的制备：取FeCl2·4H2O按质量比1：4~7：0.01加入去离子水、Fe粉混合，用浓度0.1mol/L的HCl溶液调节pH至2~3，升温至66~85℃保温15~25min，过滤，取滤液加入滤液质量5~10%的油酸钠、滤液质量2~3倍的浓度0.01mol/L的FeCl3溶液于反应釜混合，通氮气保护，以180~250r/min搅拌25~40min，用浓度0.1mol/L的KOH溶液调节pH至11~12，陈化，抽滤，取滤渣用滤渣质量3~6倍的无水乙醇洗涤，移至60~80℃烘箱干燥，得干燥物，取干燥物于球磨机以200~220r/min研磨20~30min，即得磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池催化剂，按质量份数计包括如下组份，5~10份黏度调节剂、3~6份助剂、40~60份水，其特征在于，还包括15~30份磁性粒子复合物、20~40份氧化石墨烯‑壳聚糖复合水凝胶、20~35份分子筛成分。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池催化剂，按质量份数计包括如下组份，5~10份黏度调节剂、3~6份助剂、40~60份水，其特征在于，还包括15~30份磁性粒子复合物、20~40份氧化石墨烯-壳聚糖复合水凝胶、20~35份分子筛成分。2.根据权利要求1所述一种燃料电池催化剂，其特征在于，所述黏度调节剂：盐酸羟胺、微晶石蜡、环己醇、沙索蜡中的任意一种。3.根据权利要求1所述一种燃料电池催化剂，其特征在于，所述助剂：按质量份数计，取3~5份硝酸钙、8~10份硝酸铁、4~5份硝酸锌、50~70份水混合，即得助剂。4.根据权利要求1所述一种燃料电池催化剂，其特征在于，所述磁性粒子复合物的制备：取FeCl2·4H2O按质量比1：4~7：0.01加入去离子水、Fe粉混合，调节pH，升温至66~85℃保温，过滤，取滤液加入滤液质量5~10%的油酸钠、滤液质量2~3倍的FeCl3溶液混合，通氮气保护，搅拌，调节pH，陈化，抽滤，取滤渣用滤渣质量3~6倍的无水乙醇洗涤，干燥，得干燥物，取干燥物研磨，即得磁性粒子复合物。5.根据权利要求1所述一种燃料电池催化剂，其特征在于，所述氧化石墨烯-壳聚糖复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）按质量比为1：5~8：10~15取氧化石墨烯、丙烯酸、水混合搅拌，超声分散，加入丙烯酸质量25~40%的聚乙烯吡咯烷酮，超声分散，得分散液，取分散液加入分散液质量6~12%的交联剂、分散液质量5~10%的引发剂，高速搅拌混合，得改性氧化石墨烯水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘菊花，陈炎，李莉，
申请(专利权)人：佛山腾鲤新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44