[发明专利]燃料氧化催化剂,其制备方法以及重整器和燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料氧化催化剂，一种制备该燃料氧化催化剂的方法，以及包含该燃料氧化催化剂的重整器和燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种利用烃类燃料来产生电能的发电系统。

典型示例性燃料电池包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接氧化燃料电池(DOFC)。

已开发的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)具有优于常规燃料电池的功率特性、相对低的运行温度以及较快的起始和响应特性。因此，PEMFC可用于较广的应用范围中，例如汽车的便携式电源、住宅和公共建筑的配电电源和电子设备的小型电源。

聚合物电解质膜燃料电池系统由形成燃料电池体的电池堆(为方便起见，在下文中称为“电池堆”)；重整燃料来产生氢气，并将该氢气供给到所述电池堆的重整器；和将氧化剂气体供给到所述电池堆的氧化剂供给器组成。电池堆通过由重整器提供的重整气体与由氧化剂供给器提供的氧化剂气体之间的电化学反应来产生电能。

所述重整器包括热源和重整反应部分，所述热源通过燃料的催化氧化反应产生热能，所述重整反应部分利用热源产生的热能通过燃料的重整反应由燃料生成重整气体(或富氢气体)。在常规重整器中，由于在重整器的热源中，氧化催化剂对燃料的氧化作用在高温下发生，所以氧化催化剂需要被预热到一较高的温度。因此，在燃料电池系统中需要较高的热效率和较快的运行起始时间。

发明内容

本发明的实施方式的各方面涉及一种燃料氧化催化剂，其具有较高(或优异)的催化活性(或催化剂活性)，并能够在较低温度下进行催化反应，以及一种制备该催化剂的方法。

本发明的实施方式的各方面涉及包括所述具有较高催化活性的燃料氧化催化剂的重整器和燃料电池系统。

本发明的第一实施方式提供了一种用于燃料电池的燃料氧化催化剂，包括CeO₂、MO(其中M为过渡金属)和CuO。

在一个实施方式中，M包括选自由Ni、Co、Fe及其组合所组成的组中的材料。在一个实施方式中，M为Fe。

在一个实施方式中，所述燃料氧化催化剂含有约10～约30重量份范围内的CeO₂，约0.1～约5重量份范围内的MO，和约1～约10重量份范围内的CuO。

本发明的第二实施方式提供一种用于燃料电池的燃料氧化催化剂，包括ZrO₂、CeO₂、MO(其中M为过渡金属)和CuO。

在一个实施方式中，所述燃料氧化催化剂含有约5～约20重量份范围内的ZrO₂，约5～约20重量份范围内的CeO₂，约0.1～约5重量份范围内的MO，和约1～约10重量份范围内的CuO。

本发明的第三实施方式提供了一种用于燃料电池的燃料氧化催化剂，包括铂类金属，和含有CeO₂、MO(其中M为过渡金属)和CuO的金属氧化物。

在一个实施方式中，所述铂类金属包括选自由Pt、Pd、Ru、Rh及其组合所组成的组中的金属。

在一个实施方式中，所述燃料氧化催化剂含有约0.1～约50重量份范围内的所述铂类金属，约10～约30重量份范围内的CeO₂，约0.1～约2重量份范围内的MO，和约1～约10重量份范围内的CuO。

本发明的第四实施方式提供了一种用于燃料电池的燃料氧化催化剂，包括铂类金属，和含有ZrO₂、CeO₂、MO(其中M为过渡金属)和CuO的金属氧化物。

在一个实施方式中，所述燃料氧化催化剂含有约0.1～约50重量份范围内的所述铂类金属，约5～约20重量份范围内的ZrO₂，约5～约20重量份范围内的CeO₂，约0.1～约2重量份范围内的MO，和约1～约10重量份范围内的CuO。

所述金属氧化物担载于载体上，所述载体包括选自由Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、堇青石及其组合所组成的组中的材料。

而且，本发明的一个实施方式提供了一种制备用于燃料电池的燃料氧化催化剂的方法。所述方法包括在含铜溶液中溶解Ce前体和M前体(其中M为过渡金属)，并加热所得到的溶液。

所述Ce前体可包括选自由硝酸铯、硝酸铵铯、醋酸铯、氯化铯、其水合物及其组合所组成的组中的物质。

所述M前体包括选自由硝酸M、乙酸M、氯化M、其水合物及其组合所组成的组中的物质。