铂碳催化剂及其制备方法和燃料电池与流程

本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种铂碳催化剂及其制备方法和燃料电池。

背景技术：

1、铂碳催化剂作为聚合物电解质膜燃料电池(pemfcs)中催化剂层(cls)的关键组成部分，其表面特性被认为对质量传输有很大影响，主要表现在离子聚合物在催化剂表面的分布。在催化剂层中，氧化还原反应(orr)仅发生在催化活性位点上，其中pt与质子、电子和氧气直接接触。因此，为了给气态反应物氧气(o2)和orr产物水(h2o)提供有效的更短的传输路径，离子聚合物的对催化剂的覆盖均匀程度以及厚度相当重要。不均匀的离子聚合物分布不仅会导致离子聚合物膜较厚的区域局部氧运输阻力增加，还会导致离子聚合物膜较薄的区域质子传导阻力增加。

技术实现思路

1、本申请提供了一种铂碳催化剂及其制备方法和燃料电池，其中铂碳催化剂表面具有高稳定性的正电荷，有利于其与离子聚合物混合时，离子聚合物在其表面的覆盖程度及覆盖厚度更均匀，从而有效降低催化剂层中局部氧传输阻力及质子传导阻力，提升燃料电池的性能。

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铂碳催化剂，其包括碳载体以及负载于碳载体的铂颗粒；

4、将铂碳催化剂在惰性气氛下、在600℃-700℃热处理0.5-3h，测得热处理后的铂碳催化剂的zeta电位大于0。本申请提供的铂碳催化剂的表面具有结合稳定的正电荷，从而使铂碳催化剂在制备燃料电池的催化剂层时，有利于离子聚合物在铂碳催化剂表面的覆盖程度及覆盖厚度更均匀，从而有效降低催化剂层中局部氧传输阻力及质子传导阻力，提升燃料电池的性能。

5、在一些可选地实施例中，铂碳催化剂的zeta电位为25mv-40mv。

6、在一些可选地实施例中，铂碳催化剂的ph值为6-7；和/或，

7、铂碳催化剂中氧含量为2％-3％；和/或，

8、铂碳催化剂中氮含量为0％。

9、在一些可选地实施例中，铂碳催化剂中铂颗粒的载量为40％-60％。

10、在一些可选地实施例中，铂颗粒的平均粒径为2nm-4nm，碳载体的平均粒径为20nm-40nm。

11、在第二方面，本申请示例提供了本申请第一方面提供的一种铂碳催化剂的制备方法，其包括：

12、将待处理铂碳催化剂、电解质盐以及溶剂混合，反应6-24h，过滤，烘干；

13、其中，电解质盐包括硝酸盐。

14、本申请提供的制备方法，操作可控，制得的铂碳催化剂的表面具有结合稳定的正电荷，从而使其在制备燃料电池的催化剂层时，有利于离子聚合物在铂碳催化剂表面的覆盖程度及覆盖厚度更均匀，从而有效降低催化剂层中局部氧传输阻力及质子传导阻力，提升燃料电池的性能。

15、在一些可选地实施例中，制备方法还包括：将烘干得到的中间产物在惰性气氛下，在600℃-700℃热处理0.5-3h。

16、在一些可选地实施例中，电解质盐包括硝酸钠、硝酸钾中的至少一种；

17、可选地，铂碳催化剂和电解质盐的质量比为1:1-12，可选为1:1-10。

18、在一些可选地实施例中，溶剂包括水、甲醇、乙醇、n,n-二甲基呋喃中的至少一种。

19、在一些可选地实施例中，待处理铂碳催化剂的zeta电位小于0，可选为-10mv～-20mv。

20、在第三方面，本申请示例提供了一种燃料电池，其包括催化剂层，催化剂层包括本申请第一方面提供的铂碳催化剂以及离子聚合物。

技术特征：

1.一种铂碳催化剂，其特征在于，包括碳载体以及负载于所述碳载体的铂颗粒；

2.根据权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，热处理后的所述铂碳催化剂的zeta电位为25mv-40mv。

3.根据权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，所述铂碳催化剂的ph值为6-7；和/或；

4.根据权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，所述铂碳催化剂中所述铂颗粒的载量为40％-60％。

5.根据权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，所述铂颗粒的平均粒径为2nm-4nm，所述碳载体的平均粒径为20nm-40nm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将烘干得到的中间产物在惰性气氛下，在600℃-700℃热处理0.5-3h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述电解质盐包括硝酸钠、硝酸钾中的至少一种；

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述待处理铂碳催化剂的zeta电位小于0，可选为-10mv～-20mv。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括催化剂层，所述催化剂层包括权利要求1-5任一项所述的铂碳催化剂以及离子聚合物。

技术总结
一种铂碳催化剂及其制备方法和燃料电池，属于燃料电池领域。铂碳催化剂，其包括碳载体以及负载于碳载体的铂颗粒，将铂碳催化剂在惰性气氛下、在600℃‑700℃热处理0.5‑3h，测得热处理后的铂碳催化剂的Zeta电位大于0。也即是铂碳催化剂的表面具有结合稳定的正电荷，从而使其在制备燃料电池的催化剂层时，有利于离子聚合物在铂碳催化剂表面的覆盖程度及覆盖厚度更均匀，从而有效降低催化剂层中局部氧传输阻力及质子传导阻力，提升燃料电池的性能。

技术研发人员：陈凯琴,周赟杰,狄淑贤,范书琼,胡毅
受保护的技术使用者：苏州擎动动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/24