[发明专利]质子膜燃料电池催化剂及其制备方法和燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种质子膜燃料电池催化剂及其制备方法和燃料电池系统，质子膜燃料电池催化剂包括Pt/C催化剂和用于修饰Pt/C催化剂的RuO₂/NiO复合体系，所述RuO₂/NiO复合体系所占的质量百分比为1‑25％。本发明用于燃料电池的催化剂具有优异的耐用性及有效改善反复启停和低温启动下单体电压过低甚至反极现象的发生，可以改善燃料电池的功率和循环寿命特性，并改善整个系统在车辆中应用。

技术领域

本发明属于新能源燃料电池技术领域,具体涉及一种质子膜燃料电池催化剂及其制备方法和燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统包括电池组，电池组的结构是数个到数十个由膜电极组件(MEA)和隔板(双极板)构成的单元电池层叠在一起。膜电极组件包括与聚合物电解质膜布置在一起的阳极(“燃料电极”或“氧化电极”)和阴极(“空气电极”或“还原电极”)，其中聚合物电解质膜具有介于其间的氢离子传导聚合物。在质子膜燃料电池内的发电过程中，燃料被供应到阳极(即，燃料电极)以吸附在阳极催化剂上，并被氧化而产生氢离子和电子，产生的电子沿着外电路向阴极(即，氧化电极)传导，且氢离子经聚合物电解质膜传导到阴极。氧化剂被供应到阴极，且氧化剂、氢离子和电子在阴极催化剂下反应以产生电同时产生水作为副产物。然而，这些催化剂趋向于随着时间被腐蚀，因此，现今需要一种更耐用的催化剂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种质子膜燃料电池催化剂及其制备方法和燃料电池系统，目的是提高耐用性，改善反复启停和低温启动下单体电压过低甚至反极现象。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种质子膜燃料电池催化剂，包括Pt/C催化剂和用于修饰Pt/C催化剂的RuO₂/NiO复合体系，所述RuO₂/NiO复合体系所占的质量百分比为1-25％。

所述RuO₂/NiO复合体系中NiO与RuO₂的物质的量比为1:5-1:1。

所述Pt/C催化剂中铂的质量百分比为25-75％。

所述质子膜燃料电池催化剂的制备方法，所述制备方法是将Pt/C催化剂和RuO₂/NiO复合体系加入水中，之后依次经加粘合剂搅拌、超声、加异丙醇搅拌及重复超声后，制得。

一种燃料电池系统，包括电能发生器、燃料供应器和氧化剂供应器，所述电能发生器包括膜电极组件和设于膜电极组件两侧的隔板，膜电极组件包括阴极、阳极和聚合物电介质膜，所述阴极包括电极基板和设于电极基板上的催化剂层，所述催化剂层包括所述的质子膜燃料电池催化剂。

电极基板的作用是将燃料和氧化剂扩散到催化剂层中同时支撑电极，从而使燃料和氧化剂容易接近催化剂层。作为电极基板，可以使用导电基板，包括碳纸、碳布或碳毡，但不限制于此。

电极基板可以用氟类树脂处理，使其防水以防止因燃料电池运行过程中产生的水而引起的扩散效率劣化。氟类树脂可选聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或其共聚物。

通过在导电基板上涂覆包含有导电粉末、粘合剂树脂和溶剂的组合物而形成微孔层。优选粘合剂树脂可以包括聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟磺酰氟、烷氧基乙烯基醚等。

所述催化剂层还包括粘合剂树脂，粘合剂树脂采用具有质子传导性的聚合物树脂。聚合物树脂包括聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚(全氟磺酸)、聚(全氟羧酸)、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其衍生物的阳离子交换基团在其侧链结合至芳基酮或聚(2,5-苯并咪唑)等侧链具有磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其衍生物的阳离子交换基团的聚合物树脂。