生产不含贵金属的催化剂的方法、不含贵金属的催化剂、燃料电池以及机动车技术

本发明专利技术涉及生产不含贵金属的催化剂的方法，其包括以下步骤‑提供具有有机杂环作为催化剂的催化剂载体，‑施加氧化抑制保护层。本发明专利技术还涉及不含贵金属的催化剂、燃料电池以及机动车。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产不含贵金属的催化剂的方法、不含贵金属的催化剂、燃料电池以及机动车本专利技术涉及生产不含贵金属的催化剂的方法、不含贵金属的催化剂、燃料电池以及具有燃料电池的机动车。燃料电池变得越来越普及，并且特别是就其在机动车中的适用性方面进行了优化。燃料电池用于通过电化学反应提供电能，该电能可以用于驱动电动机。对于通常是氢的燃料和通常是空气的含氧气体之间的这种电化学反应，需要催化剂，该催化剂通常由贵金属例如铂或钯形成。然而，在将大量燃料电池组合形成燃料电池堆以用于机动车的使用需求的情况下，需要价值数千欧元的贵金属。为了降低燃料电池的成本，因此致力于提供不含贵金属的催化剂，即不使用铂、钯、钌、铱、锇、铼、铑、金或其合金形成的催化剂。然而，对于基于金属配合物，例如铁卟啉的不含贵金属的催化剂而言，它们的使用寿命短，并且有时在若干运行小时内损失其高达50％的功效。在JP2010067509A中，提出了施加保护层以改进用于不含贵金属的金属氧化物催化剂如Al2O3的导电载体的稳定性。在US2017/0098829A1中，提出了生产不含贵金属的催化剂的方法，其中催化剂载体具有由TiO2、Al2O3形成的保护层。本专利技术的目的是提出生产不含贵金属的催化剂的方法，该催化剂在保持相同功效的同时延长了使用寿命。另一个目的是提供改进的不含贵金属的催化剂、改进的燃料电池以及改进的机动车。该目的通过具有权利要求1的特征的方法、通过具有权利要求8的特征的不含贵金属的催化剂、通过具有权利要求9的特征的燃料电池以及通过具有权利要求10的特征的机动车来实现。在从属权利要求中给出了具有本专利技术的适宜扩展的有利实施方式。在寻找基于金属配合物的不含贵金属的催化剂，特别是阳极催化剂的替代品时，还研究了如US2016240860A中所述由卟啉配位化合物，特别是Fe、Co、Mn与聚吡咯或聚苯胺的金属配合物的热解而形成的有机杂环。但是，它们表现出很高的降解，因此在40个运行小时内就已经观察到功效下降高达50％。在此，对于现有技术中已知的这种不含贵金属的催化剂而言，发现有机杂环和催化剂载体的氧化分解是成问题的。根据本专利技术提出，将氧化抑制保护层施加到碳或有机载体上。在此应注意热解不损害保护层，其中，如果在热解之后才施加保护层，则尤其确保这一点。该保护层在此由选自Al2O3、TiO2、SnO2的材料形成，其中，以1nm至50nm的层厚度施加该保护层。在此表明，即使在具体的本催化剂的情况下，更确切地说在恒定的恒电位运行以及不利的运行参数下，例如在启动-停止条件下，催化剂配合物的活性也不受影响。在此，可以通过原子层沉积法（英文“atomiclagerdepositon”）施加保护层。替代地，也可以使用物理沉积方法来施加保护层，例如等离子体方法。原则上，可以在加工成CCM（催化剂涂覆的膜）之前或在将催化剂糊料施加到膜或催化剂载体或GDL（气体扩散层）上之后，将该层施加到催化剂颗粒上。补充性地，催化剂载体还可以由碳载体形成，该碳载体在施加不含贵金属的催化剂之前已经稳定化，以使得碳载体的涂覆可以在施加催化剂之前进行，并且也可以在施加催化剂之后进行碳载体的后续涂覆。碳载体的稳定化可以通过（部分）石墨化和/或通过使用Al2O3、TiO2、SnO2涂覆来实现。根据上述方法步骤形成的不含贵金属的催化剂的特征在于，燃料电池的制造成本明显降低，以及使用寿命延长，这明显优于具有金属杂环的不含贵金属的催化剂。这种不含贵金属的催化剂尤其可以用于燃料电池中，更确切地说与膜直接配合以用于膜电极装置中或用作气体扩散电极的组成部分。当将多个燃料电池组合成燃料电池堆时，这种燃料电池的制造中的成本优势表现得特别明显。在此，成本优势也在用于机动车的情况下体现。本专利技术的其它优点、特征和细节从权利要求、优选实施方方案的以下描述以及参考附图得出。其中：图1示出了将由Al2O3形成的氧化抑制保护层施加到具有有机杂环作为催化剂的催化剂载体上的示意图。在图1中，示意性地示出了由碳载体形成的催化剂载体1，其携带有机杂环作为不含贵金属的催化剂。在这种情况下，通过原子层沉积来施加氧化抑制保护层2，其在该示出的实施例中由Al2O3形成，但替代地，其它氧化抑制保护层2，例如TiO2、SnO2也是可行的。以1nm至50nm的层厚度施加保护层2，以使得通过该氧化抑制保护层2得到针对有机杂环和催化剂载体1两者的氧化攻击的防护。替代地，也可以使用物理沉积方法，如等离子体方法来施加保护层2。作为替代方案，还可以在施加不含贵金属的催化剂之前将由碳载体形成的催化剂载体1稳定化，这通过进行石墨化或使用Al2O3和/或TiO2和/或SnO2涂覆来实现。通过所述方法，提供了不含贵金属的催化剂，其相对于含贵金属的催化剂而言具有明显的成本优势，并且相对于其它不含贵金属的催化剂而言具有明显延长的使用寿命，因此特别地用于燃料电池中，并且该燃料电池又用于机动车中。附图标记列表1催化剂载体2保护层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生产不含贵金属的催化剂的方法，其包括以下步骤/n-提供具有有机杂环作为催化剂的催化剂载体（1）/n-施加氧化抑制保护层（2）。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180827 DE 102018214403.61.生产不含贵金属的催化剂的方法，其包括以下步骤
-提供具有有机杂环作为催化剂的催化剂载体（1）
-施加氧化抑制保护层（2）。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层（2）由选自Al2O3、TiO2、SnO2的材料形成。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以1nm至50nm的层厚度施加所述保护层（2）。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述保护层（2）通过原子层沉积施加。


5.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·许布纳，L·施密特，A·福尔布雷希特，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE