[发明专利]直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及直接甲醇燃料电池用阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种利用电化学反应将化学能直接转变为电能的发电装置。燃料电池按所使用电解质的不同可分为碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池。而质子交换膜燃料电池(又称聚合物膜燃料电池)是继碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有不受卡诺循环的限制、高功率密度、高能量转换效率、无污染、高比能量、无腐蚀、可低温启动、结构紧凑以及维护方便等优点，最有希望成为电动车辆、移动工具的动力电源。当今，由于世界性的能源危机和环境污染日趋严重，作为新型、高效、洁净能源的质子交换膜燃料电池近年来引起了人们的广泛关注。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)按照燃料的不同可分为两类：一类是以氢气或重整气为燃料的燃料电池；另一类是直接以甲醇为燃料的燃料电池，又称直接甲醇燃料电池(DMFC)。本来，以氢气/氧气为燃料的燃料电池是最理想的化学电源，但氢气/氧气为燃料的燃料电池在燃料的制备、运输、储存和使用过程均存在不安全性，所以近年来人们提出了直接以甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)的概念。

直接甲醇燃料电池(DMFC)不需要把甲醇转变为氢气，直接利用甲醇为燃料用作正极，阴极采用纯氧或空气为电极活性物质，在电极上直接发生电化学反应而使化学能转变为电能，供负载使用。与阳极采用氢气为燃料，阴极采用纯氧或空气为电极活性物质的燃料电池相比较，直接甲醇燃料电池具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性高、燃料携带和补充方便等优点。另外，直接甲醇燃料电池还具有快速启动功能和响应负载速度快的性能。因此，直接甲醇燃料电池是一种非常理想的电源，可用作家庭小型发电站、便携式电子电器可移动电源以及电动车辆的动力电源等，具有广阔的应用前景。

目前，直接甲醇燃料电池的阳极催化剂主要是贵金属含量高的二元铂合金，主要有以碳(C)为载体的铂-钼(Pt-Mo)、铂-钨(Pt-W)和铂-钌(Pt-Ru)等。三元阳极催化剂有Pt-Ru-Ni/C、Pt-W-Sn/C等等。

其中，二元铂基合金催化剂中，Pt-Ru/C是公认的当前性能最好的直接甲醇燃料电池的阳极催化剂，已经实现了商品化批量生产。但是，目前直接甲醇燃料电池所采用的这种Pt-Ru/C催化剂还存在很多缺点，如Pt、Ru的含量(即单位面积的担载量)高；Pt的资源有限，Ru的资源稀少，从而使得这种催化剂的价格异常昂贵，成为直接甲醇燃料电池发展和普及的瓶颈问题；催化剂性价比低，缺乏市场竞争能力。

CN1630122A中公开了一种直接甲醇燃料电池用阳极催化剂及其制备方法，该方法公开了一种三元阳极催化剂及其制备方法，并具体公开了该方法包括如下步骤：(1)将去离子水与异丙醇按摩尔比1.0∶1.0-4.0的比例混合，加入碳黑作为催化剂的载体，在40-90℃下用超声波振荡分散20-60分钟，直至混合体系呈现油墨状；(2)将步骤(1)得到的混合体系在40-90℃的恒温下用搅拌机搅拌0.5-2.5小时；然后按Pt∶Co∶W＝1.0∶0.2-0.6∶0.2-1.0的原子摩尔比加入氯铂酸、氯化钴和钨酸钠的水溶液；(3)在40-90℃下，调节步骤(2)所得溶液的pH值为7-13，逐滴滴加甲醛或甲酸钠溶液，直金属元素完全被还原，还原反应的时间为1-4小时；(4)用去离子水反复洗涤步骤(3)所得的反应产物，抽滤，直至体系中不含氯离子，产物放入真空干燥箱中在80-140℃下真空干燥1-24小时，将干燥后的产物冷却后取出，过400目筛，从而制备得到直接甲醇燃料电池用阳极催化剂Pt-Co-W/C。采用该方法制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂，原料的资源更丰富、造价相对更低廉。但是该方法制备的催化剂电催化活性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的方法制备的催化剂电催化活性较低的缺陷，提供一种电催化活性较高的直接甲醇燃料电池阳极催化剂，并提供该催化剂的制备方法。

本发明提供了直接甲醇燃料电池阳极催化剂，该催化剂含有碳载体上负载的催化活性物质，所述催化活性物质含有铂和/或铂的氧化物及和钴和/或钴的氧化物，其中，所述催化活性物质还含有钼的氧化物和钒的氧化物，铂、钼、钒和钴的原子摩尔比为1∶0.05-2∶0.05-2∶0.05-1。