[发明专利]一种应用于燃料电池的柔性正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种应用于燃料电池的柔性正极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：S1、提供导电基底，在导电基底表面沉积Zn‑Cu‑Mo合金；S2、对Zn‑Cu‑Mo合金脱合金化处理得到多孔Cu‑Mo前躯体；S3、对多孔Cu‑Mo前躯体磷化处理得到多孔Cu‑Mo‑P，得到柔性正极材料，不需使用粘结剂，提高了多孔Cu‑Mo‑P与导电基底之间的结合稳定性，并提升燃料电池的使用寿命，得到的柔性正极材料比表面积大，且对氧还原反应的催化活性高，有效降低正极材料表面氧还原反应过程的过电位，从而提升燃料电池的能量转换效率。

技术领域

本发明涉及一种应用于燃料电池的柔性正极材料及其制备方法，属于燃料电池电极材料技术领域。

背景技术

传统的化石燃料燃烧发电造成不可再生资源短缺以及严重的环境污染，因此寻求绿色、环保、可持续发展的新型可再生能源转换装置成为研究热点。空气燃料电池拥有反应过程无污染、反应原料来源广泛等优点，在汽车、航天等移动电源领域具有广阔的发展前景。然而，在燃料电池正极区域发生的反应，即氧还原反应，在其反应过程中存在较高的反应动力学障碍，会使电池的能量转换效率降低。为了减小或消除这种反应动力学障碍，通常可以通过以下途径：1、在电极的导电基底(即集流体)表面负载对氧还原反应具有较高本征催化活性的电化学活性物质；2、提升电极的比表面积。以Pt、Ru和Ir等贵金属材料作为电化学活性物质，被证明能够有效提升燃料电池的能量转换效率，但它们价格昂贵、储量稀少，限制了它们的工业化应用。

在传统的电极材料制备技术中，是将电化学活性物质与导电剂、粘结剂混合后涂覆于导电基底表面，从而形成最终的电极材料。但是，粘结剂的存在会导致电极材料的电导率降低、电化学活性物质的大量反应位点被掩蔽；同时，单纯靠粘结剂的粘结作用，电化学活性物质与导电基底之间的结合不稳定，在拉伸、弯曲等力学载荷下，涂覆在导电基底表面的电化学活性物质极易脱落，造成电极材料不稳定，进而影响整个电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于燃料电池的柔性正极材料的制备方法，提高了电化学活性物质与导电基底之间的结合稳定性，得到的柔性正极材料可有效提升燃料电池能量转换效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于燃料电池的柔性正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、提供导电基底，在所述导电基底表面沉积Zn-Cu-Mo合金；

S2、对所述Zn-Cu-Mo合金脱合金化处理得到多孔Cu-Mo前躯体；

S3、对所述多孔Cu-Mo前躯体磷化处理得到多孔Cu-Mo-P，得到柔性正极材料。

进一步地，所述导电基底为碳纤维布。

进一步地，所述Zn-Cu-Mo合金由磁控溅射方法进行Zn、Cu、Mo三靶共溅射制备形成。

进一步地，Zn靶功率为30-80W/cm²，Cu靶功率为40-120W/cm²，Mo靶功率为40-120W/cm²，溅射时间为40-100min。

进一步地，所述多孔Cu-Mo前躯体的制备方法具体为：使用稀盐酸化学腐蚀去除所述Zn-Cu-Mo合金中的Zn。

进一步地，所述稀盐酸浓度为0.1-0.6mol/L，酸处理时长为0.5-5h。

进一步地，所述多孔Cu-Mo前躯体的孔径为50-500nm。

进一步地，所述多孔Cu-Mo-P的制备方法具体为：将所述具有多孔Cu-Mo前躯体的导电基底和磷源置于管式炉内进行磷化处理，所述磷化处理的温度为250-350℃，时间为1.5-3h，升温速率为3-6℃/min，气氛为纯Ar气氛。

进一步地，所述磷源次亚磷酸钠。