本发明专利技术涉及一种燃料电池用电极的制作方法及据此制作的燃料电池用电极，尤其涉及一种特征在于，利用铂前驱体与碳前驱体的同时汽化工程，在燃料电池用材料表面生长纳米碳的同时，在纳米碳之间高度分散核壳结构的铂碳复合物催化剂粒子的，燃料电池用电极的制作方法及据此制作的燃料电池用电极。根据本发明专利技术的制作方法，工程简单，且能够制作大幅改善电化学性能及耐久性的燃料电池用电极。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池用电极的制作方法及据此制作的燃料电池用电极，尤其涉及一种利用钼前驱体与碳前驱体的同时汽化工程，在燃料电池用材料的表面生长纳米碳的同时，在纳米碳之间高度分散核壳结构的钼碳复合物催化剂粒子，从而制作提高电导率与活性及耐久性的燃料电池用电极的方法及据此制作的燃料电池用电极。
技术介绍
近来由于原油枯竭及油价上升，需要开发与以前的能源不同的新能源，从而有必要开发燃料电池。然而经过数十年的研究，燃料电池的普及使用仍停滞不前的原因，主要是因为燃料电池用电极催化剂的昂贵的制作费及电极催化剂的耐久性非常差。因此，对燃料电池用电极的高性能化及改善耐久性的研究日益活跃，为此到目前为止尝试了多种多样的研究，并且主要提出了高度分散钼催化剂、通过碳载体介质防止电极腐蚀及催化剂脱落，以及控制金属粒子与碳结合的性质而提高耐久性等研究结果。然而到目前为止，仍没有代表性的研究结果，还没有出现原则上能够提高钼催化剂性能及耐久性的解决方案。专利文献1:韩国授权专利第10-823502号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用简单的工程，制作改善性能及耐久性的燃料电池用电极的方法。本专利技术的另一目的在于提供一种燃料电池用电极，其特征在于，在燃料电池用电极材料的表面形成用于提高电导率及反应面积的纳米碳，并且在上述纳米碳的表面，分散在燃料电池反应中呈现显著活性及耐久性的核壳结构的钼碳复合物。为实现上述目的，本专利技术提供一种燃料电池用电极的制作方法，其包括:预处理燃料电池电极用材料的表面的步骤Si;在预处理的材料表面，掺杂用于纳米碳生长的催化剂的步骤S2 ;反应器内布置在步骤S2中制作的掺杂催化剂的材料，并按一定温度预热的步骤S3 ;在各个汽化器内，以气体状态供应钼前驱体及碳前驱体的步骤S4 ;利用运载气体将气体状态的钼前驱体及碳前驱体，以非接触状态供入预热的反应器内，而在掺杂催化剂的材料表面，形成纳米碳和核壳结构的钼碳复合物的步骤S5。并且，本专利技术提供一种燃料电池用电极，其特征在于，在燃料电池电极用材料的表面包括纳米碳，并且在上述纳米碳的表面分散核壳结构的钼碳复合物。【附图说明】图1是利用扫描电子显微镜(SEM)拍摄实施例1中制作的燃料电池用电极的表面的照片。图2是利用透射电子显微镜(TEM)拍摄实施例2中制作的燃料电池用电极的表面的照片。图3是测定根据实施例1的燃料电池用电极的性能的图表。图4是测定根据以前技术的燃料电池用电极的性能的结果。【具体实施方式】下面，进一步详细说明根据本专利技术的制作方法。首先，预处理燃料电池电极用材料的表面(步骤SI)。本步骤为了在燃料电池电极用材料的表面合成纳米碳而进行。本专利技术中的燃料电池电极用材料是碳纸(碳纤维纸:carbon fiber paper)或石墨纤维纸(graphite fiberpaper)，其厚度或孔隙率、大小等没有特别限制，可使用多种多样的形状的碳纸。根据本步骤的一具体实施例，在步骤SI中依次进行，洗涤及干燥燃料电池电极用材料的步骤；浸溃于硫酸或硫酸与硝酸的混合酸中并用超声波处理的步骤；洗涤及干燥的步骤。进一步具体说，利用如乙醇一样的洗涤溶剂，干净洗涤燃料电池电极用材料的表面，并在100-120°C，优先在110°C的烘箱干燥6小时以上，优先为12-24小时。然后，为提高材料表面的润湿性，浸溃于硫酸(98%)、或硝酸与硫酸的混合酸(1:1容量比混合14M的硝酸与98%硫酸)后，使用超声波清洗器(ultrasonic bath,60Hz)处理30-360分。最后，用蒸馏水一样的洗涤溶剂清洗多次，完全除去酸成分后，放在大气中12小时、然后在100-120°C，优先在110°C的烘箱干燥12小时以上，优先为6-24小时。然后，在预处理的材料表面掺杂用于纳米碳生长的催化剂(步骤S2)。本步骤SI中，为了在预处理的材料表面生长纳米碳(如、碳纳米纤维及碳纳米管等)，掺杂作为种子(seed)使用的催化剂。根据本步骤的一具体实施例，在步骤S2中依次进行，在用于纳米碳生长的催化剂前驱体中浸溃材料，并用超声波处理的步骤；维持一定时间的步骤；干燥的步骤。根据本专利技术的用于纳米碳生长的催化剂的前驱体，优先选自硝酸镍溶液、硝酸镍钴溶液及在醇或苯中溶化铁的溶液组成的组，作为铁，尤其优先使用二茂铁。进一步具体说，用于纳米碳生长的催化剂的前驱体，制作成0.2-0.5mol浓度的溶液，在溶液中浸溃预处理的电极用材料后，用超声波(60Hz)处理30-360分钟。然后12-24小时维持浸溃的状态。最后，在大气中12-24小时干燥材料后，在100-120°C，优先在110°C烘箱内干燥12-24小时，从而备好掺杂纳米碳生长所需催化剂的燃料电池电极用材料。接着，在反应器内，布置掺杂在步骤S2中制作的催化剂的材料，并用一定温度预热(步骤S3)。优先在反应器内，布置掺杂根据本专利技术的催化剂的材料，并在常温I小时以上流经氮气，从而除去在反应器内部有可能存在的异物，从而在材料表面形成纳米碳与核壳结构的钼碳复合物。本步骤中，反应器的预热温度，与纳米碳的合成与核壳结构的钼碳复合物的合成温度有密切的关联。气体状态的碳前驱体与钼前驱体一到达预热的反应器内，马上进行合成反应，因此为了目标性质的复合物的制备，应适当设定本步骤的预热温度。优先以400-1100°C范围的温度预热反应器，但为了碳纳米管的有效生长更优先适用600-1100°C温度。上述温度范围内能够一站式(one-step)制作碳纳米管形式的纳米碳与金属-碳核壳复合物结构。接着，在各个汽化器内提供气体状态的钼前驱体及碳前驱体(步骤S4)。本步骤中根据各个前驱体的液态或气态与否，可按多样的方式进行。例如、在各个汽化器内同时汽化液态的钼前驱体与液态的碳前驱体(a);或者在一个汽化器内汽化液态的钼前驱体，而在另一个汽化器内提供气态的碳前驱体(b )。具体说，在一个汽化器内供应液态的钼前驱体，而在另一个汽化器内供应液态的碳前驱体后，将各个前驱体的温度上升为各前驱体的沸点附近，而同时汽化钼前驱体及碳前驱体。并且，当使用气态的碳前驱体时，可在汽化器内直接供应该前驱体。本步骤中使用的钼前驱体形成钼碳复合物的核，并且可以使用能够汽化的所有物质。优先使用由(三甲基)甲基环戊二烯钼、乙酰丙酮钼(II)、四(三氟膦)钼(O)、四(三苯基膦)钼(O)、六氟乙酰丙酮钼(II)、三甲基(甲基环戊二烯)钼(IV)以及(1，5-环辛二烯)二甲基钼(II)组成的组中选择的。更优先使用沸点低、常温容易汽化的前驱体，从而节俭工程费，并最大限度减小在用于传送到反应器的连接管上发生冷凝或涂覆的问题。本步骤中使用的碳前驱体形成钼碳复合物的壳，或形成纳米碳。优先使用由甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯及二甲苯等组成的组中选择的液态前驱体、或气态前驱体甲烷或乙炔。本步骤中使用的汽化器可以使用公知的或自己制作的，通常可以使用钼材料或玻璃类(石英玻璃或高硼硅)等材料的汽化器。作为能够维持一定温度，并确认内容物的状态、余量，且不与前驱体反应的稳定的材料，用玻璃类制作为宜。本步骤中前驱体的具体汽化条件，根据选择的前驱体种类互不相同，因此需要适当调节汽化温度。根据本专利技术的一具体实施例，若作为钼前驱体使用(三甲基)甲基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池用电极的制作方法，其特征在于，包括：预处理燃料电池电极用材料的表面的步骤S1；在预处理的材料表面，掺杂用于纳米碳生长的催化剂的步骤S2；反应器内布置在步骤S2中制作的掺杂催化剂的材料，并按一定温度预热的步骤S3；在各个汽化器内，以气体状态供应铂前驱体及碳前驱体的步骤S4；利用运载气体将气体状态的铂前驱体及碳前驱体，以非接触状态供入预热的反应器内，而在掺杂催化剂的材料表面，形成纳米碳和核壳结构的铂碳复合物的步骤S5。
【技术特征摘要】
2012.07.18 KR 10-2012-00783621.一种燃料电池用电极的制作方法，其特征在于，包括: 预处理燃料电池电极用材料的表面的步骤Si ； 在预处理的材料表面，掺杂用于纳米碳生长的催化剂的步骤S2 ； 反应器内布置在步骤S2中制作的掺杂催化剂的材料，并按一定温度预热的步骤S3 ； 在各个汽化器内，以气体状态供应钼前驱体及碳前驱体的步骤S4 ； 利用运载气体将气体状态的钼前驱体及碳前驱体，以非接触状态供入预热的反应器内，而在掺杂催化剂的材料表面，形成纳米碳和核壳结构的钼碳复合物的步骤S5。2.根据权利要求1所述的燃料电池用电极的制作方法，其特征在于， 上述步骤SI中依次进行，洗涤及干燥燃料电池电极用材料的步骤；浸溃于硫酸或硫酸与硝酸的混合酸中并用超声波处理的步骤；洗涤及干燥的步骤。3.根据权利要求2所述的燃料电池用电极的制作方法，其特征在于， 上述步骤SI中的燃料电池电极用材料是碳纸。4.根据权利要求1所述的燃料电池用电极的制作方法，其特征在于， 上述步骤S2中依次进行，在用于纳米碳生长的催化剂前驱体中浸溃材料，并用超声波处理的步骤；维持一定时间的步骤；干燥的步骤。5.根据权利要求1所述的燃料电池用电极的制作方法，其特征在于， 上述用于纳米碳生长的催化剂前驱体，选自由硝酸镍溶液、硝酸镍钴溶液、及在醇或苯中溶化铁的溶液组成的组。6.根据权利要求1所述的燃料电池用电极的制作方法，其特征在于， 上述步骤S3中，将反应器预热为400-1100°C范围内温度。7.根据权利要求1所述的燃料电池用电极的...
【专利技术属性】
技术研发人员：金喜连，洪锡龙，明光植，
申请(专利权)人：韩国能源技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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