【技术实现步骤摘要】
本申请涉及燃料电池领域，尤其涉及燃料电池催化层。
技术介绍
1、为了解决化石燃料能源使用造成的全球能源消耗和环境污染日益增加的问题，全球可再生和环保能源解决方案不断被开发。氢燃料电池汽车和锂离子电池汽车作为两种低碳运输方式，因氢燃料电池汽车在燃料的快速补给以及单次更长的续航里程，相较于锂离子电池汽车具有一定的优势。
2、目前氢燃料电池的主流为质子交换膜燃料电池，在电池运行过程中，由于灰尘堵塞以及低温结冰等情况会出现氢燃料“饥饿”的现象，会导致电池阳极发生严重的碳腐蚀反应，引发反极，严重影响电池的使用寿命。目前，常常通过在阳极加入一些抗反极催化剂如氧化依、氧化钌等来促进电池中水电解反应，以此来避免碳腐蚀反应的发生。但是由于这些抗反极催化剂十分昂贵(价格大约是pt的价格的五倍)，因此提升抗反极催化剂的利用率，降低其用量是商业化降成本的关键。目前科学家们主要通过从材料层级寻找非贵金属类的抗反极催化剂、提升抗反极催化剂的分散性等方式来提升电池抗反极性能，降低商业化成本。
3、在质子交换膜燃料电池反极过程中，受流道中的水气冲刷，阳极进气口处的抗反极催化剂在持续的反极过程中更容易发生结构的腐蚀造成抗反极催化剂的快速流失，进而导致碳腐蚀反应加剧，减少电池寿命。
技术实现思路
1、本申请实施例提供了一种阳极催化层及其制备方法、燃料电池，以解决阳极进气口处的抗反极催化剂在持续的反极过程中更容易发生结构的腐蚀的技术问题。
2、第一方面，本申请实施例提供一种阳极催化层
3、在本申请的一些实施例中，所述第一催化层至第n催化层中的催化剂纳米颗粒的多分散指数各自为0.28～0.37之间的数值。
4、在本申请的一些实施例中，所述第一催化层至第n催化层中的催化剂纳米颗粒的粒径均在200～500nm之间。
5、在本申请的一些实施例中，所述n为五，所述第一催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为460～500nm，所述第二催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为460～500nm，所述第三催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为380～420nm，所述第四催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为250～280nm，所述第五催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为200～230nm。
6、在本申请的一些实施例中，所述氧还原催化剂包括pt/c催化剂、pt合金催化剂、非pt基贵金属催化剂、非贵金属催化剂中的至少一种。
7、在本申请的一些实施例中，所述抗反极催化剂包括iro2、ruo2、ir合金催化剂、ru合金催化剂中的至少一种。
8、第二方面，本申请实施例提供一种阳极催化层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
9、提供氧还原催化剂和抗反极催化剂，与nafion和异丙醇混合形成混合液；
10、提供第一砂磨机至第n砂磨机，分别取所述混合液加入至第一砂磨机至第n砂磨机内并进行砂磨分散，分别得到第一浆料至第n浆料；
11、提供支撑层，将所述第一浆料至第n浆料沿平行于所述支撑层表面的预定方向依序设置到所述支撑层上，去除所述异丙醇后,，分别形成第一催化层至第n催化层，形成所述阳极催化层，
12、其中，所述第一砂磨机和第n砂磨机所使用的砂磨球的粒径分别为第一粒径至第五粒径，所述第一粒径至所述第五粒径依序降低。
13、在本申请的一些实施例中，所述第一粒径至第n粒径均在0.1～3mm之间。
14、在本申请的一些实施例中，所述n为五，所述第一粒径至第五粒径分别为3mm、0.6mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm。
15、第三方面，本申请实施例提供一种燃料电池，所述燃料电池包括阳极模块和阴极模块，其中，所述阳极模块包括所述阳极催化层和设置在所述阳极催化剂上的阳极气流流道，所述第一催化层至第n催化层的分布方向与所述阳极气流流道内气流整体流动方向相同。
16、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
17、本申请实施例提供的阳极催化层，通过设置催化剂纳米颗粒的粒径呈现依序降低的梯度分布的第一催化层至第n催化层，在保证所述阳极催化层的氧还原催化性能和抗反极催化性能较好的同时，也使得第一催化层耐水气冲刷，催化性能容易保持稳定，抗反极催化剂不容易发生结构腐蚀。
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1.一种阳极催化层，其特征在于，所述阳极催化层包括第一催化层至第N催化层，N为不小于二的整数，所述第一催化层至第N催化层自所述阳极催化层的一侧至另一侧依序分布，所述第一催化层至第N催化层均包括Nafion、分散在Nafion中的催化剂纳米颗粒，所述催化剂纳米颗粒包括氧还原催化剂纳米颗粒和抗反极催化剂纳米颗粒，其中，所述第一催化层至第N催化层中的催化剂纳米颗粒的粒径呈现依序降低的梯度分布。
2.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述第一催化层至第N催化层中的催化剂纳米颗粒的多分散指数各自为0.28～0.37之间的数值。
3.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述第一催化层至第N催化层中的催化剂纳米颗粒的粒径均在200～500nm之间。
4.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述N为五，所述第一催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为460～500nm，所述第二催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为460～500nm，所述第三催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为380～420nm，所述第四催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为
5.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述氧还原催化剂包括Pt/C催化剂、Pt合金催化剂、非Pt基贵金属催化剂、非贵金属催化剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述抗反极催化剂包括IrO2、RuO2、Ir合金催化剂、Ru合金催化剂中的至少一种。
7.一种阳极催化层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的阳极催化层的制备方法，其特征在于，所述第一粒径至第N粒径均在0.1～3mm之间。
9.根据权利要求7所述的阳极催化层的制备方法，其特征在于，所述N为五，所述第一粒径至第五粒径分别为3mm、0.6mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm。
10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括阳极模块和阴极模块，其中，所述阳极模块包括权利要求1-6任意一项所述的阳极催化层和设置在所述阳极催化剂上的阳极气流流道，所述第一催化层至第N催化层的分布方向与所述阳极气流流道内气流整体流动方向相同。
...【技术特征摘要】
1.一种阳极催化层，其特征在于，所述阳极催化层包括第一催化层至第n催化层，n为不小于二的整数，所述第一催化层至第n催化层自所述阳极催化层的一侧至另一侧依序分布，所述第一催化层至第n催化层均包括nafion、分散在nafion中的催化剂纳米颗粒，所述催化剂纳米颗粒包括氧还原催化剂纳米颗粒和抗反极催化剂纳米颗粒，其中，所述第一催化层至第n催化层中的催化剂纳米颗粒的粒径呈现依序降低的梯度分布。
2.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述第一催化层至第n催化层中的催化剂纳米颗粒的多分散指数各自为0.28～0.37之间的数值。
3.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述第一催化层至第n催化层中的催化剂纳米颗粒的粒径均在200～500nm之间。
4.根据权利要求1所述的阳极催化层，其特征在于，所述n为五，所述第一催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为460～500nm，所述第二催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为460～500nm，所述第三催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为380～420nm，所述第四催化层中的催化剂纳米颗粒的平均粒径为250～28...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹天鹏，周江峰，高佳武，唐雪君，李洪涛，
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：
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