一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术特别涉及一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域，催化层的成分包括铂碳催化剂、分散剂、离子聚合物溶液、水电解催化剂和添加剂，其中，所述添加剂用以包裹所述铂碳催化剂的碳载体进而抑制反极过程催化层发生碳腐蚀反应；在添加水电解催化剂延长水电解平台的基础上，通过加入添加剂来包裹碳载体抑制碳腐蚀反应，将进一步有效的提升膜电极的抗反极性能，解决了目前反极后电池性能存在明显的衰退的问题。了目前反极后电池性能存在明显的衰退的问题。了目前反极后电池性能存在明显的衰退的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，世界上汽车的保有量持续增长，而传统的燃油汽车对燃油的依赖十分巨大以及对环境污染日益增加，大约17％的二氧化碳排放来自汽车和卡车。而由于质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，不会生成污染物如SO
X
、NO
X
、CO、CO2等，因此为解决汽车产生的环境问题以及能源问题提供了一个新的方案。
[0003]膜电极组件是质子交换膜燃料电池最核心的部分，它是燃料电池产生电流的核心组件，其被誉为燃料电池的“心脏”，是发生电化学反应的核心场所，膜电极的好坏决定了电池的性能。膜电极组件通常由质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极气体扩散层以及阴极气体扩散层组成。
[0004]燃料电池在运行过程中不可避免的发生反极，反极会使阳极电势升高至1.6V甚至更高，在如此高的电势下，催化层中会发生碳腐蚀反应，导致催化层中的铂颗粒脱落，最终致使电池性能急剧衰退。
[0005]目前，大家通常会在催化层中添加水电解催化剂来提升膜电极的抗反极能力，虽然在催化层中添加水电解催化剂能极大地延长水电解平台，然而在水电解平台下，催化层不仅发生水电解反应，而且不可避免的发生碳腐蚀反应。因此，反极后，电池性能依然存在明显的衰退。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层及其制备方法和应用，以解决目前反极后电池性能存在明显的衰退的问题。
[0007]本专利技术实施例提供了一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层，所述催化层的成分包括铂碳催化剂、分散剂、离子聚合物溶液、水电解催化剂和添加剂，其中，所述添加剂用以包裹所述铂碳催化剂的碳载体进而抑制反极过程催化层发生碳腐蚀反应。
[0008]可选的，所述添加剂的质量为所述铂碳催化剂的0.5％
‑
2％。
[0009]可选的，所述添加剂包括含氟丙烯酸酯聚合物。
[0010]可选的，所述水电解催化剂包括含有铱单质的纳米材料催化剂、含有钌单质的纳米材料催化剂、含有铱的氧化物的纳米材料催化剂、含有钌的氧化物的纳米材料催化剂、含有铱的氢氧化物的纳米材料催化剂和含有钌的氢氧化物的纳米材料催化剂中的至少一种。
[0011]可选的，所述水电解催化剂和所述铂碳催化剂的质量比为1:10
‑
1:1。
[0012]可选的，所述离子聚合物和所述铂碳催化剂的碳载体的质量比为0.5
‑
1。
[0013]可选的，所述铂碳催化剂的碳载体包括乙炔黑、Vulcan XC
‑
72、Black pearls、碳纳米管和石墨烯粉末中的至少一种。
[0014]可选的，所述分散剂包括乙醇、正丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、正丁醇和六氟异丙醇中的一种。
[0015]可选的，所述离子聚合物溶液为质量浓度为4％
‑
6％的Nafion溶液。
[0016]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种如上所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层的制备方法，所述方法包括：
[0017]把润湿的铂碳催化剂、离子聚合物溶液和添加剂混合分散于分散剂，得到第一浆料；
[0018]把水电解催化剂分散于分散剂，得到第二浆料；
[0019]将第一浆料和第二浆料涂覆于质子交换膜，得到催化层。
[0020]可选的，所述涂覆采用交替涂覆。
[0021]可选的，所述涂覆采用喷涂，所述喷涂为超声波喷涂。
[0022]可选的，所述喷涂的料筒搅拌速度为110
‑
150转/min。
[0023]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括催化层，所述催化层为如上所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层。
[0024]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0025]本专利技术实施例提供的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，在添加水电解催化剂延长水电解平台的基础上，通过加入添加剂来包裹碳载体抑制碳腐蚀反应，将进一步有效的提升膜电极的抗反极性能，解决了目前反极后电池性能存在明显的衰退的问题。
[0026]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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它的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例1
‑
3提供的催化层的膜电极测试结果图；
[0029]图2是本专利技术对比例1
‑
2提供的催化层的膜电极测试结果图；
[0030]图3是本专利技术实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
[0031]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0032]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0033]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过
市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0034]本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0035]申请人在专利技术过程中发现：在添加水电解催化剂延长水电解平台的基础上，若能通过加入添加剂来包裹碳载体抑制碳腐蚀反应，将进一步有效的提升膜电极的抗反极性能。
[0036]根据本专利技术一种典型的实施方式，提供了一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层，所述催化层的成分包括铂碳催化剂、分散剂、离子聚合物溶液、水电解催化剂和添加剂，其中，所述添加剂用以包裹所述铂碳催化剂的碳载体进而抑制反极过程催化层发生碳腐蚀反应。
[0037]一般而言，添加剂是一类具有疏水性以及粘接性的物质，例如：含氟丙烯酸酯聚合物，可以为：甲基丙烯酸三氟乙酯；具体而言，添加剂可以选自RHEOBYK系列RHEOBYK
‑
7410CA或RHEOBYK
‑
7420ET中的一种，均购自德国BYK(毕克)公司。
[0038]在一些实施例中，所述添加剂的质量为所述铂碳催化剂的0.5％
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征在于，所述催化层的成分包括铂碳催化剂、分散剂、离子聚合物溶液、水电解催化剂和添加剂，其中，所述添加剂用以包裹所述铂碳催化剂的碳载体进而抑制反极过程催化层发生碳腐蚀反应。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征在于，所述添加剂的质量为所述铂碳催化剂的0.5％
‑
2％。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征在于，所述添加剂包括含氟丙烯酸酯聚合物。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征在于，所述水电解催化剂包括含有铱单质的纳米材料催化剂、含有钌单质的纳米材料催化剂、含有铱的氧化物的纳米材料催化剂、含有钌的氧化物的纳米材料催化剂、含有铱的氢氧化物的纳米材料催化剂和含有钌的氢氧化物的纳米材料催化剂中的至少一种。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征在于，所述水电解催化剂和所述铂碳催化剂的质量比为1:10
‑
1:1。6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征在于，所述离子聚合物和所述铂碳催化剂的碳载体的质量比为0.5
‑
1。7.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极催化层，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周江峰，曹天鹏，王智捷，张泽，高佳武，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：