[发明专利]一种直接甲醇燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明提出了一种直接甲醇燃料电池催化剂及其制备方法，该催化剂为含铂、铟负载的活性碳，其中，活性炭载体BET表面积为800‑1000m²/g，活性炭载体上负载率为1.8‑4.2wt％，负载的铂、铟含量质量比为1.3‑2.8:1，本发明采用铂、铟为主要催化贵金属，以活性炭颗粒为载体，通过合理调控贵金属种类和添加比例以及工艺参数，有效提高了催化有效成分的负载率和附着性，结构功能稳定性好，综合催化效率显著提高。

技术领域

本发明涉及甲醇燃料电池技术领域，具体涉及一种直接甲醇燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置，在基站电源、中小型电站、电动车、备用电源、便携电源等方面，具有广阔的应用前景。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池、生物燃料电池等。

直接甲醇燃料电池(DMFC)是用甲醇为燃料，在电催化剂的作用下，将储存在燃料中的化学能转变成电能，对外做功的发电装置。它具有理论比能量密度高，结构紧凑、系统简单，微型化潜力大；燃料来源丰富，价格低廉，环境友好等特点。与氢氧燃料电池相比，直接醇类燃料电池不存在氢储存和运输时的安全性问题，能更有效地实现燃料电池的微型化设计和应用。所以，DMFC是微小型电子设备供电的优选便携式电源，具有广阔的商业化前景。

燃料电池主要由端板、集电板、双极板、膜电极等组成，其中膜电极是燃料电池的核心部件，催化剂是膜电极的心脏部分。目前比较成熟的催化剂主要是以碳粉为载体，负载金属铂，但采用碳粉为载体主要有以下缺点：

(1)金属铂颗粒与碳载体附着力会随之电池的使用而降低，最终导致催化剂团聚现象的发生，致使膜电极寿命的减少；

(2)碳载体的耐电化学腐蚀性能会随着电池的使用越来越弱，最后碳载体被电化学腐蚀掉，导致催化层塌陷，致使膜电极性能下降；

(3)碳载体的表面积较小，影响气液固三项反应的速率，使催化剂铂原子与氢气的接触面减小，不能使金属铂的催化效率提高，一定程度上造成贵金属铂的浪费；

(4)由于催化剂效率较低，为了达到需求的功率密度，会加大催化剂的用量，进而加大了催化层的厚度，增加了膜电极的内阻，减小了膜电极的性能，进而造成电堆的输出功率下降。

因此，为了满足不断发展的燃料电池性能需求，需要进一步研制高效高稳定性的催化剂。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种直接甲醇燃料电池催化剂及其制备方法，采用铂、铟为主要催化贵金属，以活性炭颗粒为载体，通过合理调控催化金属种类和添加比例以及工艺参数，有效提高了催化有效成分的负载率和附着性，结构功能稳定性好，综合催化效率显著提。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种直接甲醇燃料电池催化剂，该催化剂为含铂、铟负载的活性碳，其中，活性炭载体BET表面积为800-1000m²/g，活性炭载体上负载率为1.8-4.2wt％，负载的铂、铟含量质量比为1.3-2.8:1。

优选的，所述铂、铟选自铂铟合金，且所述铂铟合金中还含有0-5wt％的La、Sr，两者摩尔比为1-3:1。

优选的，直接甲醇燃料电池催化剂，其制备方法为：采用真空磁控溅射，以铂铟合金作为靶材，向活性炭载体上溅射合金金属层；然后在150-200℃、惰性氛围下干燥20-60min；取出后粉碎球磨成负载碳颗粒，然后送入炭化炉中，惰性气氛下、800-1000℃高温碳化处理20-60min，即得。

优选的，合金金属层厚度为2-4nm，惰性气氛为氩气或氮气。