[发明专利]一种用废旧碳纸制备抗腐蚀催化剂载体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池用的催化剂载体，尤其涉及催化剂载体的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池的膜电极通常由阳极电极、电解质膜和阴极电极构成。其中阳极电极和阴极电极均由扩散层和催化层构成，扩散层由石墨化碳纸和憎水剂构成，起支撑催化层、收集电流，分布反应气体等作用；催化层由碳载贵金属(如铂、钌等)和聚合物电解质(如Nafion)构成。由于催化剂载体--碳在接近开路电位下将被氧化成一氧化碳或二氧化碳，随着碳的氧化，负载在碳颗粒表面的贵金属纳米粒子将从电极中流失或聚集成大颗粒，降低催化剂的活性，从而降低燃料电池性能。因此，为了提高燃料电池寿命，人们开始寻找耐腐蚀的催化剂载体，现有技术技术中有采用碳化钨、碳纳米管和碳熔胶等作为耐腐蚀的催化剂载体。采用碳化钨、碳纳米管和碳熔胶等作为耐腐蚀的催化剂载体的不足之处是这些载体的制备方法复杂，制造成本高，价格昂贵。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用废旧碳纸制备抗腐蚀催化剂载体的方法，利用质子交换膜燃料电池用过的废旧碳纸制备抗腐蚀燃料电池催化剂载体。本发明的技术解决方案是：一种用废旧碳纸制备抗腐蚀催化剂载体的方法，其特征在于所述的用废旧碳纸制备抗腐蚀催化剂载体的方法包括以下步骤：

1、将膜和电极分开将废旧膜电极浸泡在摄氏20-100度的溶剂中，浸泡至电解质膜和电极分开；

2、清除电极上的贵金属  将经过步骤1分开的电极浸泡在王水中，清除负载在电极上的贵金属催化剂；

3、制备干净的碳纸  将经过步骤2清除了贵金属催化剂的电极在摄氏500-600度下焙烧到重量不随时间减少，以除去电极上的聚四氟乙烯和碳粉，得到干净的碳纸；

4、制取石墨纤维粉把经步骤3制得的干净的碳纸放入玛瑙球磨罐内，在球磨机上研磨10--40小时，制得石墨纤维粉，并随时取样分析，当石墨纤维粉的平均粒度小于50纳米时，取出石墨纤维粉，即为燃料电池的抗腐蚀催化剂载体。

本发明所述的用废旧碳纸制备抗腐蚀催化剂载体的方法，其特征在于所述的浸泡废旧膜电极的溶剂是水、乙醇和异丙醇中的任意一种。

本发明的积极意义：

1、随着质子交换膜燃料电池技术的发展和产业化进程的加快，将会产生大量的废旧膜电极组件，这些废旧膜电极组件都将成为废料。本发明的方法将这些废料加以利用，即实现了废料的经济价值，也对环境保护具有积极意义。

2、利用王水清除电极上的贵金属，使贵金属可以得到回收再利用。

3、用本发明的方法制得的石墨纤维粉末作催化剂载体，比传统碳载体更耐腐蚀，从而提高了质子交换膜燃料电池的性能。

附图说明

本发明有附图1副，是恒电位(1.2V)氧化条件下，铂比表面积随时间衰减情况曲线图。

附图中，a曲线表示用本发明的方法制得石墨化载体制备的铂含量为20％催化剂铂比表面积随时间衰减情况曲线，b曲线表示用传统的XC-72碳黑(比表面积为254cm²/g)为载体制备的铂含量为20％的催化剂铂比表面积随时间衰减情况曲线。

具体实施方式

将废旧膜电极浸泡在常温的乙醇溶剂中，将电解质膜和电极分开；并清除负载在电极上的贵金属催化剂；然后，将电极在600度下，在空气中焚烧1小时，将电极中的碳粉和PTFE等添加剂分解挥发掉，得到纯碳纸，称取5克的该碳纸，放入250毫升的玛瑙球磨罐内，并加入直径为5毫米的玛瑙球数个，研磨30小时，得到石墨纤维粉，采用物理吸附仪测定其BET比表面积为70.6m²/g。经投射电镜图分析，该石墨粉的平均粒径小于50nm。利用该石墨纤维为载体制备的碳载铂催化剂(铂含量为20％)，催化剂铂在石墨纤维载体上分布均匀，经投射电镜图分析，平均粒径在3～5nm范围内。经恒电位(1.2V)氧化条件下铂比表面积随时间衰减情况检测，本实施例的石墨纤维载体催化剂活性表面积衰减速率明显低于传统的XC-72碳黑为载体的催化剂。