复合催化剂及其制备方法、膜电极及燃料电池与流程

本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种复合催化剂及其制备方法、膜电极及燃料电池。

背景技术：

1、燃料电池是在催化剂的作用下，直接将燃料(及氧化剂)的化学能不断转换为电能的电化学装置。燃料电池在产业化过程中必须解决关键问题之一在于燃料电池的寿命，燃料电池膜电极上的催化剂的衰减是影响燃料电池耐久性的主要因素。

技术实现思路

1、本申请提供了一种复合催化剂及其制备方法、膜电极及燃料电池，其能够缓解燃料电池性能衰减，耐久性差的问题。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、在第一方面，本申请示例提供了一种复合催化剂，其包括：第一组份以及第二组份。

4、其中，第一组份包括第一金属催化剂以及可脱除的结合于第一金属催化剂表面的第一有机配体，第一有机配体在第一金属催化剂上的覆盖度大于50％；第二组份包括第二金属催化剂以及可选地第二有机配体，第二有机配体能够可脱除的结合于第二金属催化剂的表面，第二有机配体在第二金属催化剂上的覆盖度不超过30％。

5、本申请提供的复合催化剂，通过第一组份和第二组份的合理配合，引入具有适当覆盖率的第一有机配体和第二有机配体，不仅使复合催化剂整体活性受较小影响，而且可有效提高复合催化剂的耐久性，进而当其应用于燃料电池中时，可减小对燃料电池初始性能的影响，有效缓解燃料电池的性能衰减，提高燃料电池的耐久性。

6、在一些可选地实施例中，第一有机配体在第一金属催化剂上的覆盖度不超过60％。

7、可选地，第二有机配体在第二金属催化剂上的覆盖度不超过10％。

8、可选地，第二有机配体在第二金属催化剂上的覆盖度为0。

9、在一些可选地实施例中，第一组份和第二组份的质量比为0.1-2:10。

10、可选地，第一组份和第二组份的质量比为0.1-1:10。

11、在一些可选地实施例中，第一有机配体以及第二有机配体分别具有-sh、-ssh、-sac、-cn、-cooh、-nh2、-ch3及-nc中至少一个取代基。

12、可选地，第一有机配体以及第二有机配体分别包括5-溴吡啶-2-硫醇、2-氨基-5-溴吡啶中的至少一个。

13、在一些可选地实施例中，第一金属催化剂以及第二金属催化剂分别包括碳负载贵金属催化剂以及贵金属合金催化剂中的至少一种。

14、可选地，第一金属催化剂与第二金属催化剂相同。

15、可选地，贵金属包括铂。

16、在第二方面，本申请示例提供了本申请第一方面提供的复合催化剂的制备方法，其包括：将第一金属催化剂分散于含有第一有机配体的溶液中，干燥，获得第一组份，其中，第一有机配体在溶液中的浓度大于300umol/l。

17、本申请提供的第一方面提供的复合催化剂的制备方法，制备方式简单可控，有效降低制备成本，有利于工业化生产。

18、可选地，第一有机配体在溶液中的浓度不超过500umol/l。

19、在第三方面，本申请示例提供了膜电极，其包括依次排布的质子交换膜、催化剂层以及气体扩散层，催化剂层包括本申请第一方面提供的复合催化剂。

20、本申请提供的膜电极，利用复合催化剂的引入，可有效提高膜电极的耐久性。

21、可选地，以复合催化剂含有的金属计，复合催化剂在膜电极上的载量为0.03-0.6mg/cm2。

22、在一些可选地实施例中，催化剂层包括混合均匀的第一组份和第二组份。

23、在一些可选地实施例中，催化剂层包括沿厚度方向依次交替布置的第一催化剂层以及第二催化剂层，第一催化剂层含有第一组份且不含有第二组份，第二催化剂层含有第二组份且不含有第一组份。

24、在第四方面，本申请示例提供了一种燃料电池，其包括本申请第一方面提供的复合催化剂和本申请第三方面提供的膜电极中的至少一种。

25、本申请提供的燃料电池，利用复合催化剂的引入，可有效提高燃料电池的耐久性，推迟燃料电池的性能衰减。

技术特征：

1.一种复合催化剂，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，所述第一有机配体在所述第一金属催化剂上的覆盖度不超过60％；

3.根据权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，所述第一组份和所述第二组份的质量比为0.1-2:10；

4.根据权利要求1-3任意一项所述的复合催化剂，其特征在于，所述第一有机配体以及所述第二有机配体分别具有-sh、-ssh、-sac、-cn、-cooh、-nh2、-ch3及-nc中至少一个取代基；

5.根据权利要求1-3任意一项所述的复合催化剂，其特征在于，所述第一金属催化剂以及所述第二金属催化剂分别包括碳负载贵金属催化剂以及贵金属合金催化剂中的至少一种；

6.如权利要求1-5任一项所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

7.一种膜电极，其特征在于，包括依次排布的质子交换膜、催化剂层以及气体扩散层，所述催化剂层包括如权利要求1-5任意一项所述的复合催化剂；

8.根据权利要求7所述的膜电极，其特征在于，所述催化剂层包括混合均匀的所述第一组份和所述第二组份。

9.根据权利要求7所述的膜电极，其特征在于，所述催化剂层包括沿厚度方向依次交替布置的第一催化剂层以及第二催化剂层，所述第一催化剂层含有所述第一组份且不含有所述第二组份，所述第二催化剂层含有所述第二组份且不含有所述第一组份。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的复合催化剂和权利要求8-9任意一项所述的膜电极中的至少一种。

技术总结
一种复合催化剂及其制备方法、膜电极及燃料电池，属于燃料电池领域。复合催化剂包括：第一组份以及第二组份，第一组份包括第一金属催化剂以及可脱除的结合于第一金属催化剂表面的第一有机配体，第一有机配体在第一金属催化剂上的覆盖度大于50％；第二组份包括第二金属催化剂以及可选地第二有机配体，第二有机配体能够可脱除的结合于第二金属催化剂的表面，第二有机配体在第二金属催化剂上的覆盖度不超过30％，上述设置能够有效提高复合催化剂的耐久性，延缓燃料电池性能衰减。

技术研发人员：高云川,朱威,吴丹,王秀,王琛
受保护的技术使用者：江苏擎动新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11