一种液相进样直接燃料电池的阳极催化剂层，其包含铂－钌黑或铂－钯黑催化剂和在碳基载体上载有铂－钌或铂－钯的铂－钌或铂－钯载体催化剂。一种液相进样直接燃料电池的膜电极组件，其包括电解质膜；以及相对设置的阳极和阴极电极，所述电解质膜位于它们中间，其中阳极和阴极电极分别包括气体扩散层和催化剂层。由于以最佳比例使用铂－钌黑或铂－钯黑催化剂和载体催化剂，液相进样直接燃料电池的阳极催化剂层显示出对燃料的氧化反应的优异活性并且催化剂在最小剂量下显示出良好的稳定性和耐久性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种液相进样直接燃料电池的阳极催化剂层和膜电极组 件，以及包括该阳极催化剂层和膜电极组件的液相进样直接燃料电池。更 具体地说，本专利技术涉及一种催化剂在最小剂量下显示出极佳的活性并确保 催化剂的最佳稳定性和耐久性的液相进样直接燃料电池以及该电池的阳极 催化层和膜电极组件。
技术介绍
现在移动设备的发展需要有较高的输出和更大容量的电源，可充电锂 二次电池广泛地用作这种电源。然而，锂二次电池在长时间实现相对较大 容量的电子设备的充分性能时有很多问题。也就是说，制造大容量锂二次 电池时由于其材料显示出许多限制，如生产成本高、安全性差以及充电时 间长。因此，对于满足上述要求并克服锂二次电池的缺陷的新的发电系统的 研究十分活跃，而作为这种发电系统之一的能长时间提供高效能的燃料电 池被人们所关注。燃料电池是一种电池，当其把如氢或甲醇的燃料通过电化学反应转换 成水时发电，这种燃料电池被认为是一种环境友好的能源，其能够解决锂 二次电池的缺陷。在燃料电池中，用于发电的最基本的单元是膜电极组件(MEA)，其包括 电解质膜以及形成于电解质膜两个表面的阳极和阴极电极。图1显示了燃料电池的发电机理。参照图1，在阳极发生燃料的氧化反应以产生氢离子和 电子，氢离子通过电解质膜向阴极电极移动。在阴极电极，通过电解质膜 传输的氢离子和电子与氧气(氧化剂)反应生成水。这种反应使电子向外部电 路运动。这种燃料电池的典型例子是使用蒸气燃料的氢燃料电池和使用液体燃 料的液相进样直接燃料电池，其在本领域的研究十分活跃且已部分投入市 场。特别是，最近更多的兴趣集中在不需要重整器的液相进样直接燃料电 池，该电池传输非常便利，且确保了燃料制备的低成本。液相进样直接燃料电池的典型例子是使用甲醇作为其燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)。对于液相进样直接燃料电池的阳极(燃料电极)催化剂层，通常使用铂-钌黑或铂-钯黑催化剂。然而，黑催化剂需要多达4mg/cr^的大剂量，且其 性能在一段时间后由于因甲醇溶液造成的催化剂损失以及因催化剂颗粒生 长而造成的反应面积减少而严重劣化。为了解决这一问题，使用了一种在 碳基材料上载有铂-钌或铂-钯的载体催化剂。在这种情况下，催化剂的稳定 性得到改善，因此可以减少随时间出现的性能劣化。然而，如果催化剂的 剂量减少，反应活性相对黑催化剂劣化，而如果剂量增加，则由于传质阻 力增加，其性能低于黑催化剂。
技术实现思路
技术问题本专利技术设计解决现有技术的上述问题，因此，本专利技术的目的是提供一 种液相进样直接燃料电池的阳极催化剂层和膜电极组件以及包含该阳极催化剂层和膜电极组件的液相进样直接燃料电池，该电池在最小剂量的催化 剂下具有优异的活性并确保催化剂的优异的稳定性和耐久性。技术方案为了实现上述目的，本专利技术提供了一种液相进样直接燃料电池的阳极 催化剂层，其包含铂-钌黑或铂-钯黑催化剂以及在碳基载体上载有铂-钌或 钼-钯的钼-钌或铂-钯载体催化剂。优选地，铂-钌黑或铂-钯黑催化剂用量与从载体催化剂的总重量中扣除载体的重量后得到的量的比为75:25至25:75。碳基载体可代表性地包括炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维或碳纳米球。在本专利技术的另一个实施方式中，还提供了液相进样直接燃料电池的膜 电极组件，该组件包括一个电解质膜；以及相对设置的阳极和阴极电极， 电解质膜位于它们中间，其中，阳极和阴极电极分别包括气体扩散层和催 化剂层，而其中的阳极电极催化剂层包含铂-钌黑或铂-钯黑催化剂和在碳基 载体上载有铂-钌或铂-钯催化剂的铂-钌或铂-钯载体催化剂。电解质膜可代表性地包括一种选自全氟磺酸聚合物、烃基聚合物、聚 酰亚胺、聚偏l，l-二氟乙烯、聚醚砜、聚苯硫、聚苯氧、聚磷腈、聚萘二甲 酸乙二醇酯、聚酯、掺杂聚苯并咪唑、聚醚酮、聚砜、以及它们的酸和碱 中的聚合物。阴极电极的催化剂层可代表性地包括铂或铂-过渡金属合金催化剂。优选地，气体扩散层包括导电基板，而导电基板可代表性地使用碳纸、 碳布或碳毡。此外，气体扩散层可进一步包括形成于导电层一个表面上的 微孔层。在本专利技术的又一个实施方式中，还提供了液相进样直接燃料电池，该 电池包括电堆，其包括一个或至少两个如上所述的膜电极组件和插入到 膜电极组件之中的隔板；提供燃料到电堆的燃料供给单元；以及提供氧化剂到电堆的氧化剂供应单元。典型的燃料可以是甲醇、甲酸、乙醇、丙醇、丁醇和天然气。 附图说明参照附图，从下面对实施方式的描述中，本专利技术的其他目的和技术方案将更明晰图1是显示了燃料电池发电原理的示意图2是显示了根据本专利技术的一个实施方式的燃料电池的膜电极组件的 示意图3是显示了根据本专利技术的一个实施方式的燃料电池的示意图4是显示了实施方式1和对比实施例1到3中电流-电压特征的测量 结果的图；及图5是显示了实施方式1和对比实施例1到3在恒定电流下长期性能 的测量结果的图。具体实施例方式以下将详细介绍本专利技术优选的实施方式以使其被更好的理解。根据本专利技术的液相进样直接燃料电池的阳极催化剂层包含铂-钌黑或铂 -钯黑催化剂和在碳基载体上载有铂-钌或铂-钯的铂-钌或铂-钯载体催化剂。 阳极催化剂层使用混合态的铂-钌黑或铂-钯黑催化剂和铂-钌或铀-钯载体催化剂，因此它可以确保对燃料的氧化反应的优异活性并确保催化剂在最小 剂量下的良好的稳定性和耐久性。钼-钌黑或铂-钯黑催化剂的量和从载体催化剂重量中扣除载体后得到的量的比优选为75: 25到25: 75。如果铂-钌黑或铂-钯黑催化剂的量太大而超出上述范围，由于铂-钌黑或铂-钯黑催化剂颗粒生长而造成反应面积减 少，因甲醇溶液造成催化剂的损失以及随时间流逝钌或钯向阴极电极的转 移，而使长期性能劣化。如果载体催化剂的量太大而超出上述范围，与铂-钌黑或铂-钯黑催化剂的相比，反应活性劣化，而且过多的剂量增加了传质 阻力，从而使性能劣化。用于载体催化剂的碳基载体可代表性地为炭黑、石墨、碳纳米管、碳 纤维或碳纳米球。形成阳极催化剂层的方法没有特别的限制，但阳极催化剂层可代表性地由下述步骤形成制备包含铂-钌黑催化剂、铀-钌载体催化剂、离子交联聚合物和溶剂的催化剂墨水，然后用催化剂墨水涂覆电解质膜或气体扩散 层。典型催化剂墨水的涂覆可代表性地采用喷涂法、流延法、丝网印刷法、 刮刀涂覆法、模压涂覆法法或旋涂法进行。离子交联聚合物起到了提供了通道的作用，通过该通道由催化剂和如 氢气或甲醇的燃料的反应生成的离子可以向电解质膜运动。离子交联聚合 物可为高氟化树脂离聚物或磺化聚合物如磺化聚三氟苯乙烯，但不限于此。可用的溶剂的例子包括水、丁醇、异丙醇、甲醇、乙醇、正丙醇、乙 酸正丁酯、乙二醇等，这些溶剂可以单独或混合使用。根据本专利技术的液相进样直接燃料电池的膜电极组件包括如上所述的阳文中，参照图2说明了根据本专利技术的液相进样直接燃料电池的膜电极组件，图2示意性地显示了根据本专利技术的一个实施方式的液相 进样直接燃料电池的膜电极组件。根据本专利技术的液相进样直接燃料电池的膜电极组件包括电解质膜；以及相对设置的阳极和阴极电极，电解质膜位于它们中间，其中，阳极和阴 极电极分别包括气体扩散层和催化剂层，而其中阳极电极的催化剂层包含 铂-钌黑或铂-钯黑催化剂和在碳基载体上载有铂-钌或铂-钯的铂-钌或铂-钯 载体催化剂。电解质膜是能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液相进样直接燃料电池的阳极催化剂层，该层包含： 铂－钌黑或铂－钯黑催化剂；和 在碳基载体上载有铂－钌或铂－钯的铂－钌或铂－钯载体催化剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳惶灿，吴有真，金俊烨，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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