一种阳极催化层的制备方法、阳极催化层及燃料电池与流程

专利2025-06-30  9


本申请涉及燃料电池,尤其涉及一种阳极催化层的制备方法、阳极催化层及燃料电池。


背景技术:

1、近年来,全球能源危机和环境污染问题日趋严重,世界各国开始大力发展可再生能源。在众多可再生能源中,氢能因其能量密度高,理论反应产物仅为水、清洁环保,来源广泛等优势而受到广泛关注。在目前旨在解决全球能源消耗和温室气体排放问题的新能源汽车中,燃料电池由其高效率和燃料的灵活性,对获得分子化学键中储存的电能起着至关重要的作用。

2、然而,燃料电池电极较差的催化剂耐久性阻碍了燃料电池更广泛的技术部署。在各种恶劣条件下的实际燃料电池电动汽车运行中,聚合物电解质膜燃料电池由于碳支撑载体的腐蚀而表现出显著降低的性能。目前已经进行了大量的实验来开发具有耐腐蚀性的载体。尽管已经使用了碳纳米管(cnts)、石墨烯和其他具有比炭黑更稳定结构的石墨化材料,但未功能化碳纳米管和石墨烯上的高铂负载容易聚集,同时尚未提供碳腐蚀的根本解决方案,从而导致燃料电池的性能衰退。因此,如何提高阳极催化层的耐久性,是目前亟需解决的技术问题。


技术实现思路

1、本申请提供了种阳极催化层的制备方法、阳极催化层及燃料电池,以解决如下技术问题:如何提高阳极催化层的耐久性。

2、第一方面,本申请提供了一种阳极催化层的制备方法,所述方法包括:

3、得到wo3薄膜;

4、将所述wo3薄膜进行活化,以在wo3晶格中产生氧空位,得到p-wo3薄膜;

5、将pt纳米粒子沉积于所述p-wo3薄膜的至少部分表面,得到pt/p-wo3薄膜;

6、将离子聚合物溶液分散至所述pt/p-wo3薄膜中,得到pt/p-wo3阳极催化层。

7、可选的,所述得到wo3薄膜,包括:

8、将wo3纳米粉末与无水乙醇混合,得到wo3浆料;

9、将所述wo3浆料涂覆于基底膜的至少部分表面,后进行烘干,得到wo3薄膜。

10、可选的,所述wo3纳米粉末与所述无水乙醇的质量比为1:1~1:10。

11、可选的,所述活化采用等离子体表面处理。

12、可选的,所述等离子体表面处理的等离子体气源包括o2、ar、h2及n2中的一种或多种,所述等离子体表面处理包括如下参数:等离子体气源的流量为10sccm~30sccm,rf等离子体功率为150w~200w,腔室压力≤30mtorr。

13、可选的,所述将pt纳米粒子沉积于所述p-wo3薄膜的至少部分表面,得到pt/p-wo3薄膜,包括:

14、将所述p-wo3薄膜置于等离子体增强原子层沉积装置的沉积腔室中;

15、在真空条件下,将铂前驱体吸附至所述p-wo3薄膜的表面;

16、向所述沉积腔室中充入惰性气体,以进行吹扫;

17、将氧前驱体通入至所述沉积腔室,以与所述铂前驱体进行吸附反应,得到含有沉积铂层的所述p-wo3薄膜;

18、向所述沉积腔室中充入惰性气体,以进行吹扫;

19、重复上述步骤,以得到具有设定铂层厚度的pt/p-wo3薄膜。

20、可选的,所述铂前驱体为三甲基(甲基环戊二烯基)合铂,所述氧前驱体为o2等离子体。

21、可选的,所述沉积腔室的温度为120℃~160℃,所述铂前驱体的温度保持在65℃~85℃。

22、第二方面,本申请提供了一种由第一方面中任意一项实施例所述的方法制备得到的阳极催化层。

23、第三方面,本申请提供了一种燃料电池,所述燃料电池包括第二方面中实施例所述的阳极催化层。

24、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:

25、本申请提供了一种阳极催化层的制备方法,包括:得到wo3薄膜;将所述wo3薄膜进行活化,以在wo3晶格中产生氧空位,得到p-wo3薄膜;将pt纳米粒子沉积于所述p-wo3薄膜的至少部分表面,得到pt/p-wo3薄膜;将离子聚合物溶液分散至所述pt/p-wo3薄膜中,得到pt/p-wo3阳极催化层。通过使用wo3作为阳极催化剂载体,从而避免使用易腐蚀性的碳载体,进而避免了碳载体带来的易腐蚀的问题。同时,wo3可以通过氢溢出效应产生hxwo3,hxwo3的分解可以提供额外的氢离子和电子,可以避免阳极氢气供气不足,从而避免出现反极现象,进而避免了阳极催化剂发生严重腐蚀,大大提高了催化剂的耐久性;通过将wo3薄膜活化,在wo3晶格中产生大量的氧空位,降低了wo3薄膜的电阻,同时可以改善wo3表面反应性,进而便于pt的均匀沉积,有利于提高pt的催化活性;通过加入离子聚合物溶液,促进铂颗粒的分散和质子的传输。由此制备得到的阳极催化剂具有长耐久性。



技术特征:

1.一种阳极催化层的制备方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述得到wo3薄膜,包括:

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述wo3纳米粉末与所述无水乙醇的质量比为1:1~1:10。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述活化采用等离子体表面处理。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述等离子体表面处理的等离子体气源包括o2、ar、h2及n2中的一种或多种,所述等离子体表面处理包括如下参数:等离子体气源的流量为10sccm~30sccm,rf等离子体功率为150w~200w,腔室压力≤30mtorr。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将pt纳米粒子沉积于所述p-wo3薄膜的至少部分表面,得到pt/p-wo3薄膜,包括:

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述铂前驱体为三甲基(甲基环戊二烯基)合铂,所述氧前驱体为o2等离子体。

8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述沉积腔室的温度为120℃~160℃,所述铂前驱体的温度保持在65℃~85℃。

9.一种由权利要求1~8中任意一项所述的方法制备得到的阳极催化层。

10.一种燃料电池,其特征在于,所述燃料电池包括权利要求9所述的阳极催化层。


技术总结
本发明提供了一种阳极催化层的制备方法、阳极催化层及燃料电池,属于燃料电池领域。包括:得到WO<subgt;3</subgt;薄膜;将WO<subgt;3</subgt;薄膜进行活化,以在WO<subgt;3</subgt;晶格中产生氧空位,得到p‑WO<subgt;3</subgt;薄膜;将Pt纳米粒子沉积于p‑WO<subgt;3</subgt;薄膜的至少部分表面,得到Pt/p‑WO<subgt;3</subgt;薄膜;将离子聚合物溶液分散至Pt/p‑WO<subgt;3</subgt;薄膜中,得到Pt/p‑WO<subgt;3</subgt;阳极催化层。通过使用WO<subgt;3</subgt;作为阳极催化剂载体,从而避免使用易腐蚀性的碳载体,进而避免了碳载体带来的易腐蚀的问题。同时,WO<subgt;3</subgt;可以通过氢溢出效应产生H<subgt;x</subgt;WO<subgt;3</subgt;,H<subgt;x</subgt;WO<subgt;3</subgt;的分解可以提供额外的氢离子和电子,可以避免阳极氢气供气不足,从而避免出现反极现象,进而避免了阳极催化剂发生严重腐蚀,提高了阳极催化层的耐久性。

技术研发人员:罗昪,唐雪君,苟斌,周江峰,谭洪云
受保护的技术使用者:东风汽车集团股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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