【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种基于异质催化剂的复合催化层膜电极及其制备方法与其在质子交换膜燃料电池中的应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种将化学能转化为电能的发电装置，在新能源开发利用和环境保护等方面具有重要作用。膜电极是燃料电池的关键材料或器件，其催化活性、稳定性以及反应物扩散性能对于燃料电池的发电效率与寿命性能至关重要。目前实际应用的质子交换膜燃料电池膜电极的阴极催化层通常由基于碳基材料负载的铂基金属纳米簇催化剂和氟代烷基磺酸离子迁移材料构成，此类材料具有导电性好、传质性能优良等优点。
2、然而，在燃料电池工作条件下，碳基材料易发生电化学腐蚀，导致催化层骨架坍塌、金属纳米簇团聚或脱落，使膜电极的性能与寿命显著降低，进而缩短燃料电池的寿命。特别是在燃料电池启动和停止工况下，因膜电极阳极侧出现氢氧界面，阴极侧会出现很高的电势(～1.5v)，这种情况会导致高活性碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂发生严重的电化学腐蚀，使基于此类催化剂的膜电极阴极催化层被破坏的速度和程度更高。因此，如何提高阴极催化层抗高电势下的电化学腐蚀性能...
【技术保护点】
1.一种基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，该复合催化层膜电极由质子交换膜和分别覆盖于其两侧表面的阴极催化层和阳极催化层构成，所述阴极催化层具有多层结构，该多层结构包括至少一个基于碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层，还包括至少一个基于金属氧化物负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层，所述铂基金属纳米簇为铂或铂基合金纳米簇。
2.根据权利要求1所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述复合催化层膜电极的阴极催化层具有双层结构，其中第一催化剂层为位于质子交换膜之上的基于碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层，第二催化剂层为位于所述第一...
【技术特征摘要】
1.一种基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，该复合催化层膜电极由质子交换膜和分别覆盖于其两侧表面的阴极催化层和阳极催化层构成，所述阴极催化层具有多层结构，该多层结构包括至少一个基于碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层，还包括至少一个基于金属氧化物负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层，所述铂基金属纳米簇为铂或铂基合金纳米簇。
2.根据权利要求1所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述复合催化层膜电极的阴极催化层具有双层结构，其中第一催化剂层为位于质子交换膜之上的基于碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层，第二催化剂层为位于所述第一催化剂层之上的基于金属氧化物负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层。
3.根据权利要求1所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述复合催化层膜电极的阳极催化层为基于碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层。
4.根据权利要求3所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述阳极催化剂层中还含有氧化铱催化剂或氧化铱-金属铱复合催化剂。
5.根据权利要求1所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述基于碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层由碳基材料负载铂基金属纳米簇催化剂和氟代烷基磺酸复合而成，所述基于金属氧化物负载铂基金属纳米簇催化剂的催化层由金属氧化物负载铂基金属纳米簇催化剂和氟代烷基磺酸复合而成。
6.根据权利要求5所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述金属氧化物负载铂基金属纳米簇催化剂为金属氧化物纳米粒子负载铂基金属纳米簇催化剂，所述金属氧化物纳米粒子的平均粒径为5-200纳米。
7.根据权利要求6所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述金属氧化物纳米粒子为含有in、ti、sn、sb、co、cu元素中至少一种的氧化物纳米粒子，所述铂基金属纳米簇为pt或pt与in、ru、cu元素中至少一种形成的合金纳米簇。
8.根据权利要求7所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述金属氧化物纳米粒子为氧化铟或铟与ti、sn、sb、cu元素中的至少一种形成的复合金属氧化物纳米粒子。
9.根据权利要求8所述的基于异质催化剂的复合催化层膜电极，其特征在于，所述金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：王远，王大为，刘宿县，刘岩，
申请(专利权)人：无锡盛鑫氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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