本发明专利技术公开了一种燃料电池工业中用于提高催化剂稳定性的技术，具体地说是一种将碳载体进行石墨化处理并制备出新型催化剂的过程。本发明专利技术的制作过程是在高纯度惰性气体的保护下，将普通的商用碳载体进行高温热处理，使载体材料发生部分石墨化转变，并消除原载体中的部分杂质，提高碳载体的稳定性能。进而，将石墨化处理后的材料进行酸化处理，采用直接还原法或乙二醇还原法等方法制备催化剂，以提高燃料电池催化剂的稳定性。本发明专利技术具有结构新颖、工艺条件简单、成本较低、比较适合大规模生产等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池工业中一种用于提高催化剂稳定性的技术，具体地说 是一种将催化剂碳载体进行石墨化处理并制备出新型催化剂的方法。技术背景目前，燃料电池动力车中电极的寿命在2000小时左右，催化剂的稳定性不 高以及长时间运行后性能衰减是制约其寿命的关键因素。常使用的催化剂是碳 载铂(Pt/C)材料，其中碳载体的腐蚀是影响催化剂稳定性的重要因素之一。 碳载体的腐蚀能导致Pt颗粒的脱落和流失，并且加剧Pt的团聚和迁移，从而 引起催化剂电化学表面积的下降，以致造成电池性能的损失。因此，碳载体对 提高催化剂的活性及稳定性起着很重要的作用。研究表明，理想的碳载体应具备如下条件(1)较高的比表面积，从而有 利于贵金属活性组分的高度分散；(2)高度石墨化，具有良好的电子传导能力；(3)适当的孔结构，以减小反应物、产物和中间体的传输迁移阻力。目前，最 常用的碳载体是Cabot公司生产的Vulcan XC_72。这种碳载体的比表面积较高，(BET比表面积约为245m7g)，并且具有丰富的中孔结构。其缺点是电池长 期运行时，该载体的稳定性较差，容易被氧化或部分腐蚀性等，而碳的氧化过 程中，载体表面的铂粒子也可能发生流失或聚集，使催化剂的催化活性大幅度 下降。近年来国内外针对催化剂的稳定性问题开展了大量的研究，解决的方法主 要是采用性能改进的材料作为催化剂载体。催化学报，2007， 28(2) :109报道了张 生生等采用了碳化钨作为催化剂载体，研究了它的抗氧化性能。J. Power Sources, 2006， 161(2) :893中Chhina等还报道了采用氧化铟铊作为催化剂载体的探索性 结果。J. Power Sources, 2006， 158， 154 — 159中X. Wang等人则选用了稳定性 更高的炭纳米管(MWNT)代替常用的Vulcan XC-72做载体材料。此外，单壁碳 纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维和碳纳米微球等也被用作催化剂载体，都不同程度地提高了催化剂的稳定性。但是，这些材料的制备方法都比较复杂， 成本相当高，因此在一定程度上限制了其大规模生产。针对上述现有技术中所 存在的问题，研究设计一种新型的提高燃料电池催化剂稳定性的方法，从而克 服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本专利技术的目的是研究设计一种提高燃 料电池催化剂稳定性的方法，通过提高碳载体材料的石墨化程度，然后采用直 接还原法制备出新型燃料电池催化剂，提高了催化剂的稳定性。从而解决燃料 电池催化剂制备方法复杂、制作成本高、限制大规模牛产等问题。本专利技术所述 的，其制做步骤如下A、 碳载体材料进行石墨化处理；将碳载体材料放置在一个耐高温的石墨柑 埚中，并将坩埚放入中频感应高温石墨化炉中加热处理，加热时先抽真空至10Pa 左右，升温至100(TC 290(rC时停止抽真空，充高纯度的惰性气体Ar气至炉内 进行保护，气压为0.09MPa，热处理时间为0.5~20小时，停止加热，石墨化处 理后的材料随炉冷却到室温；B、 将石墨化处理后的材料进行酸化处理；将石墨化处理后的材料放置在盐 酸溶液中，其盐酸溶液浓度范围为0.01-1Omol/L，浸渍2-12小时后过滤，并用 水冲洗至无氯离子,然后在烘千炉IO(TC烘干；C、 采用直接还原法制备催化剂；把氯铂酸溶液(10mg/ml)倒入三口烧瓶中， 通入氮气保护并搅拌，加入还原剂甲醛，搅拌后再加入氢氧化钠溶液(5%)，使 整个溶液呈弱碱性，然后再加入被异丙醇浸泡的石墨化处理后的材料，然后， 将溶液加热升温到8(TC，恒温1小时后降到室温，向溶液中通二氧化碳1小时.经 过滤洗涤至无氯离子后，在烘干炉IO(TC下烘至恒重，即制得Pt/C电催化剂， 通常催化剂屮贵金属Pt的担量为5% 70%。本专利技术所述的直接还原法制备催化剂也可以采用乙二醇还原法制备催化 剂，采用乙二醇还原法是指用乙二醇代替甲醛为还原剂制备催化剂。本专利技术所 述的所用高纯度的惰性气体Ar气，也可以高纯氮气，高纯氩气，高纯氦体等气 体或它们的混合气体。本专利技术所述的所用碳载体材料可以是常用的Vulcan XC-72，也可以是乙炔黑、BP2000、 M1300等商用活性炭材料。本专利技术所述的进行酸化处理的过程中，使用的酸可以用稀盐酸，也可以用稀硫酸、稀硝酸及乙 酸溶液等酸性媒介。本专利技术所述制备的催化剂主要是Pt/C催化剂，称为单金属碳载体催化剂。也可以制备载体稳定化的双金属或多金属催化剂，双金属如PtRu/C、 Ptlr/C、 PtFe/C、 PtCo/C、 PtNi/C等Pt与过渡金属和其他贵金属形成的合金催化剂。多 金属催化剂如PtRuIr/C、 PtCoNi/C等Pt与两种以上过渡金属及贵金属形成的 三组分以上的催化剂。制备方法与制备Pt/C催化剂相同，区别是在制备多元催 化剂时，将氯铂酸溶液与相应的金属的盐溶液混合，倒入三口烧瓶中。例如制 备PtRu/C催化剂时，将一定量H2PtCle溶液和RuCl3溶液混合后室温下搅拌，再 倒入三口烧瓶中，接下来的步骤与步骤C相同。即制得双金属PtRu/C催化剂。本专利技术主要通过提高碳载体材料的石墨化程度，然后采用直接还原法制备 出新型燃料电池催化剂，提高了催化剂的稳定性。本专利技术很大的优越性就是成 本低，工艺相对简单并且效果显著，比较适合大规模生产。对专利技术新颖性和创造性说明1、 通过提高催化剂载体的石墨化度，利用石墨结构的高稳定性，提高燃料 电池担载型催化剂的稳定性。2、 可以对石墨化载体进行酸化处理，提高载体的润湿性，采用直接还原法 或乙二醇还原法制得了稳定性更高的催化剂。3、 整个过程易于操作，条件容易控制，适于大规模生产。 本专利技术具有结构新颖、工艺条件简单、成本较低、比较适合大规模生产等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。 附图说明本专利技术共有六张附图，其中附图1、实施例1中碳粉VX-1800以及VX的XRD衍射谱图附图2、实施例1所制得的催化剂Pt/VX-1800与Pt/VX循环伏安对比图。附图3、实施例2中碳粉VX-2100以及VX的XRD衍射谱图附图4、 Pt/VX电极1. 75V恒电压氧化前后的循环伏安对比图附图5、 Pt/VX-2100电极1. 75V恒电压氧化前后的循环伏安对比图附图6、 Pt/VX和Pt/VX-2100的热重分析图具体实施方式本专利技术的具体实施例如下 实施例1将200g左右的商用碳粉材料Vulcan XC-72放置在一个耐高温的石墨坩埚 中，并将石墨坩埚放入中频感应高温石墨化炉中进行石墨化处理。其温度选择 为180(TC。处理工艺如下先抽真空至10Pa左右，然后送电升温，采用手动升 温，升温至保温温度时停止抽真空，充高纯度的Ar气至炉内气压为0. 09MPa。 并在终点温度恒定0.5小时后，样品随炉冷却到室温。以该碳材料为载体，使 用直接还原方法制备Pt/C催化剂。图1是本例石墨化碳载体和原始碳粉的XRD 对比图，图2是制备的催化剂的循环伏安图。实施例2:将200g左右的商用碳粉材料Vulcan XC-72放置在一个耐高温的石墨坩埚 中，并将石墨坩埚放入中频感应高温石墨化炉中进行石墨化处理。其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法，其特征在于制做步骤如下： Ａ、碳载体材料进行石墨化处理；将碳载体材料放置在一个耐高温的石墨坩埚中，并将坩埚放入中频感应高温石墨化炉中加热处理，加热时先抽真空至１０Ｐａ左右，升温至１０００℃～２９００℃时停止抽真空，充高纯度的惰性气体Ａｒ气至炉内进行保护，气压为０．０９ＭＰａ，热处理时间为０．５～２０小时，停止加热，石墨化处理后的材料随炉冷却到室温； Ｂ、将石墨化处理后的材料进行酸化处理；将石墨化处理后的材料放置在盐酸溶液中，其盐酸溶液浓度范围为０．０１－１０ｍｏｌ／Ｌ，浸渍２－１２小时后过滤，并用水冲洗至无氯离子，然后在烘干炉１００℃烘干； Ｃ、采用直接还原法制备催化剂；把氯铂酸溶液（１０ｍｇ／ｍ１）倒入三口烧瓶中，通入氮气保护并搅拌，加入还原剂甲醛，搅拌后再加入氢氧化钠溶液（５％），使整个溶液呈弱碱性，然后再加入被异丙醇浸泡的石墨化处理后的材料，然后，将溶液加热升温到８０℃，恒温１小时后降到室温，向溶液中通二氧化碳１小时，经过滤洗涤至无氯离子后，在烘干炉１００℃下烘至恒重，即制得Ｐｔ／Ｃ催化剂，通常催化剂中贵金属Ｐｔ的担量为５％～７０％。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：侯中军，罗璇，衣宝廉，林治银，明平文，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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