[发明专利]阴极为碳载过渡金属螯合物催化剂的膜电极的制备方法无效

专利信息
申请号: 201010301179.6 申请日: 2010-02-04
公开(公告)号: CN101783409A 公开(公告)日: 2010-07-21
发明(设计)人: 蒋淇忠;甘涛;马忠;马紫峰 申请(专利权)人: 上海交通大学
主分类号: H01M4/88 分类号: H01M4/88;H01M8/02;H01M8/10
代理公司: 上海交达专利事务所 31201 代理人: 王锡麟;王桂忠
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 阴极 过渡 金属 螯合物 催化剂 电极 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种电池技术领域的膜电极的制备方法,具体是一种阴极为碳载过渡金属螯 合物催化剂的膜电极的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种把化学能直接转化为电能的发电装置,具有能量密度大、能 量转化效率高、无污染等优点。其中膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,膜电极制备 方法的好坏直接关系到该燃料电池的性能。目前膜电极的制备方法包括热压法和直接涂膜法 等。其中热压法是将催化剂浆料涂布在气体扩散层上面制成气体扩散电极,然后将电极与质 子交换膜通过热压结合在一起制成膜电极。质子交换膜燃料电池的阴极常用的催化剂为碳载 铂,但是铂作为一种稀有金属,价格昂贵,其高昂的成本成为质子交换膜燃料电池商业化的 阻碍之一,因此要寻找一种廉价的氧还原催化剂替代铂以达到降低燃料电池成本的目的。目 前,研究较多且催化活性较好的非贵金属氧还原催化剂主要是碳载过渡金属螯合物。

经对现有技术的文献检索发现,申请号为200810040156.7的中国发明专利申请公开了一 类以碳载过渡金属二乙烯三胺螯合物(其中过渡金属为钴、铁、镍、铜、锰、锌、铬)为氧 还原催化剂的制备方法;申请号为200810035821.3的中国发明专利申请公开一类以碳载过渡 金属三乙烯四胺螯合物(其中过渡金属为钴、铁、镍、铜、锰、锌、铬)为氧还原催化剂的 制备方法;但是由于过渡金属螯合物所获得的催化剂与碳载铂催化剂的差异,使用传统的膜 电极制备方法制备此类阴极催化剂的膜电极时,阴极催化剂层不能很好地与质子交换膜接触 ,产生较大接触阻抗,从而影响电池性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种阴极为碳载过渡金属螯合物催化剂的 膜电极的制备方法。本发明的方法制备的膜电极克服现有热压法制备的含有碳膜电极制备方 法载过渡金属螯合物氧还原催化剂的膜电极时,阴极催化剂层与质子交换膜之间接触不好, 电阻过大的缺陷。

本发明是通过以下的技术方案实现的,本发明包括如下步骤:

步骤一,将Pt/C催化剂、Nafion溶液、水、异丙醇混合,超声使其分散均匀,得溶液A ,之后将其喷涂到碳布扩散层上,作为阳极;

步骤二,将碳载过渡金属螯合物、Nafion溶液、水、异丙醇与添加剂混合,超声使其分 散均匀,得溶液B,之后将其喷涂到碳布气体扩散层上,作为阴极;

步骤三,取步骤一所得阳极和步骤二所得阴极,热压,得阴极为碳载过渡金属螯合物催 化剂的膜电极。

步骤一和步骤二中,所述超声的时间为20min~30min。

步骤一中,按重量比,溶液A中Pt/C催化剂的含量为0.1~3%。

步骤一中,按体积比,所述Nafion溶液、水与异丙醇的比为1∶(0.1~0.5)∶(1~10 )。

步骤二中,按重量比,溶液B中碳载过渡金属螯合物的含量为0.2~5%。

步骤二中,按体积比,所述Nafion溶液、水与异丙醇的比为1∶(0.05~0.3)∶(0.6 ~6)。

步骤二中,所述添加剂为以下组合中的一种或几种的混合:乙醇、乙二醇和丙三醇。

步骤二中,按重量比,添加剂与碳载过渡金属螯合物的比为1∶(0.01~0.5)。

步骤一和步骤二中,所述喷涂具体为:喷枪压力为0.1MP~0.4MP,气体流量为50~ 500ml/min。

步骤二中,所述热压具体为:温度为60~200℃,热压压力为1~10MP,热压时间为30~ 120S。

上述术语”Nafion溶液”是一种本领域技术人员熟知的物质,具体可购自美国杜邦集 团有限公司,5wt%浓度,可参见Sigma-Aldrich试剂公司产品编号为274704的相关说明。

与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:现有热压法制备的碳载过渡金属螯合物 用作阴极催化剂的膜电极发电性能不好的主要原因是因为碳载过渡金属螯合物催化剂层与质 子交换膜之间接触不好,会产生较大的阻抗,有效面积低。在本发明的方法中,将催化剂的 浆料配比控制在一定的范围,加入一定比例的添加剂,控制热压的温度、压强和时间则可很 好地改善过渡金属螯合物催化剂层与质子交换膜之间的接触,从而改善膜电极的性能。

附图说明

图1为实施例1中实施例所制备的膜电极的截面的SEM照片;

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