专利名称：燃料电池用催化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池用催化剂的制作方法，适用于燃料电池用阴极或阳极一元、二元或多元催化剂的批量或实验室制作。属于燃料电池领域。
背景技术：
燃料电池，因为其独有的高能量转换效率，无需充电、零排放、无噪音等优点，成为电动汽车、家用住宅、发电站、通讯和UPS电源、便携式电子设备等的极有竞争力的替代电源品种，被视为21世纪最有发展前途的能源解决方案之一。而燃料电池的催化剂，成为限制燃料电池，尤其是中低温型燃料电池性能和价格的一个重要因素。尤其在必须使用贵金属催化剂的应用领域，人们期待一种高电催化性能的催化剂的批量、稳定的制作方法的出现，以提高催化剂的性能和批次间的稳定性，从而降低贵金属的使用量，降低成本，提高性能，推进燃料电池的商业化。
以往文献中提到的燃料电池用催化剂的制作方法，有采用金属盐与载体的混合物在还原气体氛围下高温还原获得，这种方法制作的催化剂往往颗粒过于细小，易形成二次颗粒或在后期团聚或氧化，且容易生成晶面取向不利于提高吸脱附速度的晶粒，因此催化活性没有达到最佳。
以往文献中，有通过在液相或胶体中对金属盐或其络合物等前驱体的还原法获得催化剂。该方法由于没有有效手段控制反应的速度和进度，使生成的催化剂晶粒粒径不均匀，活性低。并且由于反应条件不容易控制，较难实现批量化生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种有效的批量化制作燃料电池用催化剂的方法，应用该催化剂制作燃料电池，其功率密度有较大提高。
本发明的技术方案如下控制低温箱的温度在0℃～-20℃，将铂、钌、钯、铑、金、钨、钛、稀土元素等的氯化物或硝酸盐、亚硝酸络合物、硫酸盐中的一种或几种的适当比例，并加入适量有机醇以降低凝固点，再将溶液降温到上述温度，与甲醛、甲酸、草酸、葡萄糖、硼氢化钠、水合阱等中的一种还原剂混合，并充分搅拌，然后还是在低温箱中加入碳酸氢钠、碳酸钠、氨水、甲基橙等中的一种或几种溶液，控制溶液pH值在8.5～10之间；接着加入比表面积为80～400mg/cm2的活性炭、乙炔黑等导电碳颗粒，并充分混合。
最后将上述混合液转入微波炉或电磁炉上，以高功率迅速加热1～30min，升温至60℃～90℃，反应完成。
再按常规工艺，降温，沉降，抽滤，收集催化剂粉末，并在惰性气体保护氛围内或真空干燥12h，制得催化剂粉末。
采用以上技术方案，催化剂的还原发应在最短时间爆炸式的发生，催化剂结晶在前驱体于液相中充分均布的前提下进行，且各结晶点条件一致，产生的晶粒细小而均匀。
将制得的催化剂用于制作膜电极并组装成单体直接甲醇型燃料电池，进行放电性能测试，所达功率密度在0.18mW/cm2以上，比应用现有催化剂制成的燃料电池功率密度提高40％以上。
具体实施例方式
实施例1控制低温箱的温度在-10℃，将氯铂酸、氯化钌1∶1质量比的溶液降温到-10℃，加入甲醛混合，并充分搅拌，然后还是在低温箱中加入碳酸氢钠饱和水溶液，调节溶液pH值在8.5～9之间。最后加入比表面积为80mg/cm2的活性炭，将催化剂中铂的含量调节至50％，并充分混合。
然后将这一混合液转入微波炉上，以高功率迅速加热1min升温至85℃。
按常规工艺，降温，沉降，抽滤，收集催化剂粉末，并在惰性气体保护氛围内或真空干燥12h，制得催化剂粉末。
所制得的催化剂作为负极催化剂，将E-TEK公司的铂含量60％wt的Pt/C催化剂作为正极催化剂，制成膜电极，并组装成单体直接甲醇型燃料电池，进行放电性能测试，在负极为2.5mol/l的甲醇水溶液，正极为压缩空气，压力为0.2MPa，电池温度为80℃条件下放电，所获功率密度为0.2W/cm2。
实施例2控制低温箱的温度在0℃，将氯铂酸、氯化钯1∶1质量比的溶液降温到0℃，加入葡萄糖混合，并充分搅拌，然后还是在低温箱中加入碳酸氢钠饱和水溶液，调节溶液pH值在9.5～10之间。最后加入比表面积为400mg/cm2的乙炔黑将催化剂中铂的含量调节至50％，并充分混合。
然后将这一混合液转入电磁炉上，迅速加热30min，升温至75℃。
降温，沉降，抽滤，收集催化剂粉末，并在惰性气体保护氛围内或真空干燥12h，制得催化剂粉末。
所制得的催化剂作为负极催化剂，将E-TEK公司的铂含量60％wt的Pt/C催化剂作为正极催化剂，制成膜电极，并组装成单体直接甲醇型燃料电池，进行放电性能测试，在负极为2.5mol/l的甲醇水溶液，正极为压缩空气，压力为0.2MPa，电池温度为80℃条件下放电，所获功率密度为0.18W/cm2。
实施例3控制低温箱的温度在-15℃，将氯铂酸、氯化钌、三氯化锡、钨酸铵1∶1∶0.5∶0.1质量比的溶液降温到-15℃，加入甲酸混合，并充分搅拌，然后还是在低温箱中加入浓度3％的氨水，调节溶液pH值在8.5～9之间。最后加入比表面积为140mg/cm2的乙炔黑将催化剂中铂的含量调节至50％，并充分混合。
然后将这一混合液转入电磁炉上，迅速加热5min，升温至65℃。
降温，沉降，抽滤，收集催化剂粉末，并在惰性气体保护氛围内或真空干燥12h，制得催化剂粉末。
所制得的催化剂作为负极催化剂，将E-TEK公司的60％wt的Pt/C催化剂作为正极催化剂，制成膜电极，并组装成单体直接甲醇型燃料电池，进行放电性能测试，在负极为2.5mol/l的甲醇水溶液，正极为压缩空气，压力为0.2MPa，电池温度为80℃条件下放电，所获功率密度为0.23W/cm2。
实施例4控制低温箱的温度在-10℃，将氯铂酸、氯化钌、氯化金1∶1∶0.2质量比的溶液降温到-10℃，加入甲醛混合，并充分搅拌，然后还是在低温箱中加入碳酸氢钠饱和水溶液，调节溶液pH值在8.5～9之间。最后加入比表面积为160mg/cm2的活性炭将催化剂中铂的含量调节至50％，并充分混合。
然后将这一混合液转入电磁炉上，迅速加热5min，升温至90℃。
降温，沉降，抽滤，收集催化剂粉末，并在惰性气体保护氛围内或真空干燥12h，制得催化剂粉末。
所制得的催化剂作为负极催化剂，将E-TEK公司的铂含量60％wt的Pt/C催化剂作为正极催化剂，制成膜电极，并组装成单体直接甲醇型燃料电池，进行放电性能测试，在负极为2.5mol/l的甲醇水溶液，正极为压缩空气，压力为0.2MPa，电池温度为80℃条件下放电，所获功率密度为0.2W/cm2。
权利要求
1.一种燃料电池用催化剂的制作方法，其特征在于在0℃～-20℃配制金属盐溶液、pH值缓冲溶液、还原剂、催化剂载体的混合液，并充分混合；再迅速转移到微波炉或电磁炉上加热1～30min，升温至60℃～90℃，反应完成，即可回收催化剂。
2.按权利要求1所述的燃料电池用催化剂的制作方法，其特征在于所述的pH值缓冲溶液，可以是碳酸氢钠、碳酸钠、氨水、甲基橙等中的一种或几种，控制pH值在8.5～10之间。
3.按权利要求1所述的燃料电池用催化剂的制作方法，其特征在于所述的还原剂可以是甲醛、甲酸、草酸、葡萄糖、硼氢化钠、水合阱等中的一种。
4.按权利要求1所述的燃料电池用催化剂的制作方法，其特征在于所述的载体可以是比表面积为80～400mg/cm2的活性炭、乙炔黑等导电碳颗粒。
全文摘要
一种燃料电池用催化剂的制作方法，其特征在于采用低温下配制液相反应混合溶液，然后在微波炉中或电磁炉中迅速加温使反应完成。采用本方法制作的催化剂，还原反应在最短时间发生，催化剂各结晶点条件一致，产生的晶粒细小而均匀。应用该催化剂制作的燃料电池功率密度可提高 40％以上。
文档编号H01M4/92GK1783557SQ200410065358
公开日2006年6月7日 申请日期2004年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者苏迎东, 邵双喜, 蔡国帅, 陈怀林, 杨善基 申请人:江苏双登电源有限公司