一种燃料电池催化剂的制备方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，将一定比例的正硅酸乙酯和醇混合、搅拌得到混合液；S2，在分散均匀的铂基碳担载催化剂（Pt/C或PtM/C催化剂）混合液中逐滴加入上述混合液；充分反应后，进行离心、洗涤和干燥处理；本发明专利技术还公开了一种燃料电池催化剂的制备设备，包括底座，所述底座上固定连接有混合箱，所述混合箱的上端安装有电机。本发明专利技术通过对铂基碳担载催化剂进行掺杂和包覆二氧化硅，并对其进行热处理，使催化剂具有抗磷酸毒化的能力，并且C结合力增强，降低了高温下Pt颗粒的团聚，从而提高了催化剂在高温质子交换膜燃料电池应用下的性能和寿命。子交换膜燃料电池应用下的性能和寿命。子交换膜燃料电池应用下的性能和寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池催化剂的制备方法及其设备


[0001]本专利技术涉及电解水和燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池催化剂的制备方法及其设备。

技术介绍

[0002]燃料电池类催化剂主要是铂基催化剂，尤其是低温质子交换膜燃料电池用铂碳催化剂的研究和应用已日臻成熟，然而，关于高温质子交换膜燃料电池(HT
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PEMFC)用的催化剂却鲜少关注。目前，高温质子交换膜燃料电池(HT
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PEMFC)中最有效和最常用的催化剂仍然是Pt/C催化剂。但是由于HT
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PEMFC中的质子导体为磷酸，易吸附在Pt/C催化剂表面，致使反应物位点被占据，功率密度不高，满足不了大功率运行要求；另一方面，商业化Pt/C催化剂的稳定性差，高温下易发生团聚和奥斯特瓦尔德熟化，减少催化活性位点，从而使Pt/C催化性能降低，一定程度上限制了Pt/C催化剂在HT
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PEMFC中的应用。
[0003]中国专利CN103977815A公开了一种氧化硅
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石墨烯担载Pt
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Ni合金催化剂的制备方法。该方法制得的催化剂在高温下具有较好的ORR活性，但仍然存在高温下载体合Pt颗粒与载体结合不佳而导致Pt颗粒团聚的问题。
[0004]中国专利201911405226 .9公开了一种燃料电池催化剂、其制备方法和在燃料电池中的应用，该方法主要通过将高聚物填充碳载体内部孔道后煅烧固化，进行碳载体改性，已达到提高催化剂耐久性的目的。但技术方案中使用的高聚物以及表面活性剂难以除去，不可避免会造成催化剂电化学性能的降低。
[0005]中国专利CN110729495B公开了一种CNSs
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Ni@Pt/PM
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g
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C3N4催化剂的制备方法，该方法制得的催化剂在高温下具有较好的ORR活性和稳定性，但该制备方法工艺复杂且耗时，不适合大规模生产使用。
[0006]因此，需要寻求一种新的工艺来减少磷酸吸附毒化，防止Pt/C团聚，保持Pt/C催化剂的高活性、高分散性、长时间稳定性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，而提出的一种燃料电池催化剂的制备方法及其设备。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，将一定比例的正硅酸乙酯和醇混合、搅拌得到混合液；S2，在分散均匀的铂基碳担载催化剂（Pt/C或PtM/C催化剂）混合液中逐滴加入上述混合液；充分反应后，进行离心、洗涤和干燥处理；S3，对步骤S2所得产物进行热处理，得到二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂。
[0009]优选地，正硅酸乙酯和乙醇的混合液的体积与铂基碳担载催化剂的质量比为(2
‑
10)/100，比值单位为ml/g。
[0010]优选地，在步骤S1中，正硅酸乙酯和醇的混合液中正硅酸乙酯和醇的体积比为1：（3
‑
4）。
[0011]优选地，在步骤S2中的催化剂混合液是铂基碳担载催化剂的醇水溶液，并经PH缓冲液调节为弱碱性；催化剂为自制催化剂；自制催化剂采用以下方式自制（Pt/C或PtM/C催化剂），PtM/C催化剂中M包括但不限于Co、Ni等元素：A1：将金属盐前驱体、碳载体和还原剂进行混合处理，获得混合物溶液；A2：将步骤A1所述混合物溶液进行多次微波加热处理，得到碳担载的金属、合金催化剂。
[0012]优选地，金属盐前驱体包括铂和、或除铂以外的钴、镍、铜、铁、锰中的至少一种；步骤A1中所述碳载体包括活性炭、碳纳米管、石墨烯的至少一种，步骤A1中所述还原剂包括无水乙醇、氨水、油胺、油酸和甲醛中的至少一种。。
[0013]优选地，醇水溶液的醇水比例可以为（0
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0.4）：（0.6
‑
1）；且醇的种类可以为无水乙醇、正丙醇、异丙醇或丙酮等至少其中一种。
[0014]优选地，在步骤S2中的干燥处理方式为冷冻干燥、微波干燥、喷雾干燥和真空干燥中的至少一种；微波干燥的功率为500
‑
1000W。
[0015]优选地，在步骤S3中的热处理采用电阻式加热、微波加热、电磁加热和红外加热方式中的至少一种。
[0016]本专利技术还公开了一种燃料电池催化剂的制备设备，包括底座，所述底座上固定连接有混合箱，所述混合箱的上端安装有电机，所述混合箱的上端贯穿安装有添加管，所述电机的输出端固定连接有圆杆，所述圆杆贯穿混合箱并与其转动连接，所述圆杆的底部固定连接有圆板，所述圆板的下端固定连接有两个第一套管，两个所述第一套管内均滑动连接有第二套管，所述混合箱的内底部固定连接有往复丝杆，所述往复丝杆的外部设有配合连接的横杆，所述横杆的上端与两个第二套管的底部固定连接，所述横杆的两端均固定连接有竖板，所述竖板上固定连接有混合板，所述混合板上贯穿设有多个通槽，所述通槽内固定连接有固定杆，所述固定杆上贯穿设有与其转动连接的短杆，所述短杆上固定连接有多个螺旋叶；所述混合板的底部滑动连接有触板，所述触板底部滑动连接有多个甩料球，多个所述甩料球的底部设置有卷料凸纹，且甩料球的上端对称连接有接耳棒，多个所述甩料球之间通过转杆相连接，所述转杆通过连接轴相连接，所述触板的外端固定连接有除料板，所述除料板的外侧设置有波浪海绵。
[0017]优选地，所述混合箱上安装有排液管，所述排液管上安装有阀门。
[0018]本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：(1)本专利技术的制备方法，通过对铂基碳担载催化剂进行掺杂和包覆二氧化硅，使催化剂纳米颗粒有效地保留了其完整的形貌结构，提高了其抗磷酸毒化的能力；同时，碳载体的石墨化增强了催化剂的稳定性，能够减弱Pt纳米颗粒的团聚；而且，二氧化硅和合金金属的存在能在高温下吸附部分磷酸，增强了催化剂在高温下抗磷酸毒化能力。
[0019](2)本专利技术的制备方法，采用溶剂热合成二氧化硅掺杂/包覆铂基碳担载催化剂，工艺简单可靠，不需要昂贵的大型仪器，节约成本，生产效率高，易于实现自动化连续规模生产。
[0020](3)本专利技术的制备方法，采用多步骤微波加热同步还原Pt和过渡金属，一步合成双
元合金催化剂，工艺操作简单，可进行规模化生产制备。
[0021]（4）本专利技术的制备设备，通过电机带动混合板上下移动和转动，从而对混合液进行搅拌混合，且触板的滑动延伸会推动波浪海绵与箱体内壁相接触，有效避免侧壁上有大颗粒物料残留，保证混合的均匀性和较高的物料利用率；甩料球在触板的同步带动下，使得沉积在混合箱底壁的料体被螺旋式引料卷起，防止出现物料积沉的情况。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提出的一种燃料电池催化剂的制备设备的结构示意图；图2为本专利技术提出的一种燃料电池催化剂的制备设备中混合板处的结构示意图；图3为本专利技术提出的一种燃料电池催化剂的制备设备的触板结构示意图；图4为本专利技术提出的一种燃料电池催化剂的制备设备的甩料球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将一定比例的正硅酸乙酯和醇混合、搅拌得到混合液；S2，在分散均匀的铂基碳担载催化剂混合液中逐滴加入上述混合液；充分反应后，进行离心、洗涤和干燥处理；S3，对步骤S2所得产物进行热处理，得到二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，正硅酸乙酯和乙醇的混合液的体积与铂基碳担载催化剂的质量比为(2
‑
10)/100，比值单位为ml/g。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，正硅酸乙酯和醇的混合液中正硅酸乙酯和醇的体积比为1：（3
‑
4）。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中的催化剂混合液是铂基碳担载催化剂的醇水溶液，并经PH缓冲液调节为弱碱性；催化剂为自制催化剂；自制催化剂采用以下方式自制：A1：将金属盐前驱体、碳载体和还原剂进行混合处理，获得混合物溶液；A2：将步骤A1所述混合物溶液进行多次微波加热处理，得到碳担载的金属、合金催化剂。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，金属盐前驱体包括铂和、或除铂以外的钴、镍、铜、铁、锰中的至少一种；步骤A1中所述碳载体包括活性炭、碳纳米管、石墨烯的至少一种，步骤A1中所述还原剂包括无水乙醇、氨水、油胺、油酸和甲醛中的至少一种。6.根据权利要求4所述的一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，醇水溶液的醇水比例可以为（0
‑
0.4）：（0.6
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1）；且醇的种类可以为无水乙醇、正丙醇、异丙醇或丙酮中的至少一种。7.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中的干燥处理方式为冷冻干燥、微波干燥、喷雾干燥和真空干燥中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞宇，蔡云，刘一麟，谢子奇，朱玉砥，孟冉冉，
申请(专利权)人：氢新科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：