[发明专利]一种高催化剂利用率的直接醇类燃料电池泡沫金属电极及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202110050985.9 申请日: 2021-01-14
公开(公告)号: CN112886027A 公开(公告)日: 2021-06-01
发明(设计)人: 徐谦;张加佳;张玮琦;苏华能;马强 申请(专利权)人: 江苏大学
主分类号: H01M4/88 分类号: H01M4/88;H01M4/86;H01M8/1011
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 212013 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 催化剂 利用率 直接 燃料电池 泡沫 金属电极 及其 制备 方法
【说明书】:

本发明提供了一种高催化剂利用率的直接醇类燃料电池泡沫金属电极及其制备方法,包括以下步骤:首先将泡沫金属置于有机溶剂中浸泡10‑60 min,取出,再将其置于混合酸溶液中浸泡10‑120 s,用去离子水冲洗干净;最后将混合酸处理的泡沫金属在催化剂前驱体溶液中浸泡,干燥得到泡沫金属电极。该电极制备方法具有制作工艺简单、成本低、催化剂利用率高的优点。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域,具体涉及一种高催化剂利用率的直接醇类燃料电池泡沫金属电极及其制备方法。

背景技术

在保护环境、缓解能源危机的背景下,发展新能源是我国能源发展变革的重要部分。直接醇类燃料电池是一种直接利用醇类溶液(甲醇、乙醇等)和氧气在阳极和阴极侧分别发生氧化和还原反应的电化学发电装置,具有绿色、高效的优点。膜电极是燃料电池的核心部件,而构成膜电极的电极支撑材料更为重要。相比于传统的碳纤维支撑材料,如碳纸、碳布,有着价格贵、制造工艺复杂、加工难度高等缺点,而泡沫金属作为一种三维多孔的新型材料,有着高导电性、高耐碱性、价格低廉等优点,越来越受到研究者的关注,如专利申请号为CN201810889791.6、CN201811568380.3、CN201810845640.0和CN201611121217.3的中国专利申请提出了利用泡沫金属制备氧析出电极。

而在这些传统泡沫金属电极制备过程中,为了去除泡沫金属表面存在的氧化层及氢氧化物层,泡沫金属的预处理溶液为普通盐酸溶液;然而,盐酸处理泡沫金属的方法很难保证氧化层去除干净,并且泡沫金属的骨架仍旧光滑。光滑的骨架不仅限制了泡沫金属与负载的催化剂之间的结合力,长时间运行会导致催化剂脱落;同时,光滑的骨架在制备催化层时会加重催化剂团聚现象,降低了催化剂的利用率。

现有的电极催化层制备方法是将催化剂粉末与粘结剂、有机分散剂充分混合均匀后涂布到扩散层表面,这种方法需要使用粘结剂,会增加电极的内阻;同时,有机分散剂在制备过程中的烘干蒸发会对大气环境造成污染,需要另设有机蒸汽净化器。专利申请号为CN201811053600.9的中国专利申请公开了一种将泡沫金属直接浸泡在Pd的前驱体溶液中通过置换反应制备电极用于电催化去除水中卤化抗生素的方法,这一方法简单、环保;但所用的盐酸预处理方法仍旧只能得到光滑的泡沫金属骨架,且所用场合并未提及燃料电池电极领域。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种高催化剂利用率的直接醇类燃料电池泡沫金属电极及其制备方法,经泡沫金属应用于燃料电池领域,泡沫金属表面粗糙、催化剂利用率高,并且环境友好、操作简单的泡沫金属电极制备方法尤为重要。该电极可有效解决现有的泡沫金属电极存在的支撑层表面光滑、催化剂利用率低的问题。

为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种高催化剂利用率的直接醇类燃料电池泡沫金属电极制备方法,包括以下步骤:

(1)将泡沫金属置于有机溶剂中浸泡10-60 min,取出;

(2)将其置于混合酸溶液中浸泡10-120 s,冲洗干净;

(3)将混合酸刻蚀处理的泡沫金属浸泡在贵金属Pt或Pd催化剂前驱体溶液中1-12h,然后于60-80 ℃条件下干燥1-12 h,制得。

进一步地,步骤(1)中所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁或泡沫钛。

进一步地,步骤(1)中所述有机溶剂为丙酮、乙醇、乙二醇或异丙醇。

进一步地,步骤(2)中所述混合酸溶液是四种酸的混合溶液,混合酸溶液中冰醋酸的质量分数为40-60 wt.%、硝酸的质量分数为20-40 wt.%、硫酸的质量分数为5-15 wt.%、磷酸的质量分数为5-15 wt.%。

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