[发明专利]一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。燃料电池膜电极催化剂，包括聚合物电解质和嵌设于聚合物电解质内的多孔金属。燃料电池膜电极催化剂的制备方法是在聚合物电解质表面嵌设合金层，再去除合金层中较活泼的金属。此制备方法制得的燃料电池膜电极催化剂，催化活性更强，并且通过聚合物电解质提供通畅的离子传输通道，使电池效率更高。

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法。

背景技术

随着能源问题的日益突出，以及对清洁、高效能源利用技术的迫切需求，作为公认的清洁、高效、安全的能源利用技术之一，燃料电池技术显示出广阔的发展前景，预计在21世纪，燃料电池技术将逐步形成一个可持续发展的产业经济门类。燃料电池是利用电化学过程将燃料和氧化剂的化学能等温转化为电能的电化学装置，各种燃料电池之间的区别主要在于输出电能发生的电化学反应及其配套电极－电解质体系。20世纪90年代初，随着杜邦公司nafion系列质子交换膜在燃料电池中应用，聚合物电解质膜燃料电池(PEM FC)在实用化上取得突破性进展，在宇航、汽车、军用移动电源、民用便携式电源等方面发展迅速。

现有膜电极的催化剂层一般由催化剂纳米颗粒、碳粉和聚合物电解质树脂构成，是燃料电池电化学反应的场所。催化剂纳米颗粒只有在与导电子体碳粉、导离子体电解质树脂同时接触才能有效发挥作用，而催化剂纳米颗粒、碳粉和聚合物电解质树脂三者机械混合不均匀容易产生催化活性位点与导电子体碳粉或导离子介质聚合物电解质树脂分离的问题，导致阳极侧燃料氧化产生的电子或离子无法传递到阴极侧或阴极侧的氧气还原反应因缺少质子或电子而无法进行，影响阴、阳极电催化剂的使用效率，降低电池的输出功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂，催化活性强，并且通过聚合物电解质提供通畅离子传输通道，使电池效率更高。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂的制备方法，方法简单，制备方便。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种燃料电池膜电极催化剂，包括聚合物电解质和嵌设于聚合物电解质内的多孔金属。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述多孔金属具有孔道，孔道、多孔金属和聚合物电解质均为连续结构。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述孔道的孔径为2－100nm。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述多孔金属为过渡金属或过渡金属合金。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述过渡金属合金为Pt合金。

一种上述燃料电池膜电极催化剂的制备方法，在聚合物电解质表面嵌设合金层，再去除合金层中较活泼的金属。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述在聚合物电解质表面嵌设合金层包括：以聚合物电解质膜为衬底，采用磁控溅射法在聚合物电解质膜表面溅射合金层。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述以聚合物电解质膜为衬底，对衬底加热使聚合物电解质膜变软，采用磁控溅射法在聚合物电解质膜表面溅射合金层。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述合金层中较活泼的金属为Cu，去除合金层中较活泼的金属包括：在聚合物电解质表面嵌设合金层后置于酸溶液中。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述合金层中较活泼的金属为Al，去除合金层中较活泼的金属包括：在聚合物电解质表面嵌设合金层后置于碱溶液中。