[发明专利]一种阳极催化剂及其制备方法和碱性燃料电池

说明书

本发明提供了一种阳极催化剂，所述阳极催化剂为钨镍合金纳米材料。本发明采用钨镍合金纳米材料作为碱性燃料电池的阳极催化剂，具有较高的氢氧化催化活性。本发明还提供了一种阳极催化剂的制备方法和碱性燃料电池。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种阳极催化剂及其制备方法和碱性燃料电池。

背景技术

氢能源作为一种富有希望的清洁能源受到国家的高度重视，在国家发改委、国家能源局下发的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中得到了重点的强调。

燃料电池是一种氢能源高效利用的装置。燃料电池可分为两个半反应：阳极氢氧化反应，阴极氧还原反应。在碱性燃料电池中，对于氧还原反应，科学家们已开发出廉价的非贵金属催化剂，具有高效的氧还原性能，并能显著降低催化剂成本，然而对于阳极催化剂现阶段还主要依靠于Ir基、Pd基、Pt基等贵金属催化剂。因此，制备高效的非贵金属来替代贵金属作为氢氧化催化剂成为一个亟待解决的课题，具有重要的商业价值和科研意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种阳极催化剂及其制备方法和碱性燃料电池，本发明提供的阳极催化剂用于碱性燃料电池具有较高的氢氧化活性。

本发明提供了一种阳极催化剂，所述阳极催化剂为钨镍合金纳米材料。

在本发明中，所述钨镍合金纳米材料为W元素与Ni元素形成的固溶体，晶型为四方结构；所述钨镍合金纳米材料的分子式优选为WNi_(2～8)，更优选为WNi₄。

在本发明中，所述钨镍合金纳米材料的粒度优选为10～60nm，更优选为15～50nm，最优选为30～40nm。

本发明提供了一种上述技术方案所述的阳极催化剂的制备方法，包括：

将镍源和钨源在溶剂中混合后反应，得到钨掺杂的氢氧化镍前驱体；

将所述钨掺杂的氢氧化镍前驱体在还原气氛中煅烧，得到阳极催化剂。

在本发明中，所述钨源优选选自氯化钨、偏钨酸铵、钨酸铵和钨酸钠中的一种或几种；所述镍源优选选自氯化镍、硫酸镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或几种；所述溶剂包括水和乙二醇，所述水优选为去离子水；所述水和乙二醇的体积比优选为1：(1～8)，更优选为1:(4～6)，最优选为1:5。

在本发明中，所述镍源和钨源的摩尔比优选为(2～8)：1，更优选为(3～6)：1，最优选为(4～5):1。

在本发明中，所述镍源在溶剂中的质量含量优选为3～6％，更优选为4～5％。

在本发明中，所述镍源和钨源混合后反应前即混合和反应之间优选还包括：

向镍源和钨源混合后的混合液中加入碱性调节剂再进行反应。

在本发明中，所述碱性调节剂优选选自氨水和尿素中的一种或两种。在本发明中，所述镍源和尿素的摩尔比优选为1：(2～5)，更优选为1：(2.5～4.5)，最优选为1:3；所述镍源和氨水的质量比优选为1：(1～1.5)，更优选为1：(1.15～1.35)，最优选为1:1.25。

在本发明中，所述反应的温度优选为120～220℃，更优选为140～210℃，最优选为180～200℃；所述反应的时间优选为3～10min，更优选为4～8min，最优选为5～6min。

在本发明中，所述钨掺杂的氢氧化镍前驱体的制备方法优选为：

将镍源和钨盐溶解在溶剂中，搅拌10～20min，得到混合液；

在所述混合液中加入碱性调节剂，搅拌10～20min，得到混合溶液；