提供一种贴花转移基底，其包含施用到该基底表面的本发明的铂-钽催化剂。 转移基底可以是本领域技术人员已知的任何适合的转移基底，但是优选是聚合材料如聚四 氟乙烯（PTFE)或聚丙烯（尤其是双轴取向的聚丙烯，B0PP)或者聚合物涂布的纸如聚氨酯 涂布的纸。转移基底也可以是有机硅剥离纸或金属箱如铝箱。本发明的催化剂然后可以通 过本领域技术人员已知的技术转移到气体扩散基底。
[0023] 对于磷酸燃料电池电极，催化剂通常与疏水性含氟聚合物如PTFE的水性悬浮体 混合，以充当聚合粘合剂，所得絮凝材料通过例如直接过滤、过滤器转移、丝网印刷（如例 如US4, 185, 131中所述）或者干粉真空沉积（如US4, 175, 055中所述）的技术施用到气 体扩散基底或贴花转移基底。
[0024] 本发明的催化剂适宜地以在阳极上0?lmg/cm2Pt至0? 35mg/cm2Pt的负载量施用 到气体扩散基底或贴花转移基底，适宜地〇. 15mg/cm2Pt至0. 35mg/cm2Pt和优选地0. 15mg/ cm2Pt至0? 25mg/cm2Pt。本发明的催化剂适宜地以在阴极上0? 2mg/cm2Pt至0? 8mg/cm2Pt的 负载量施用到气体扩散基底或贴花转移基底，适宜地〇. 3mg/cm2Pt至0. 6mg/cm2Pt。
[0025] 本发明的催化剂用于包含酸电解质的燃料电池，其中质子传导通过例如磷酸和/ 或多膦酸的材料或者包含膦酸官能团的材料进行；和特别是在磷酸燃料电池中。因此本发 明的另一方面提供一种磷酸燃料电池，其包含本发明的电极，优选为阳极。在操作中时，含 一氧化碳的氢燃料将供应到阳极（本发明的），并将氧化剂供应到阴极（常规的阴极）。更 具体地，本发明提供一种磷酸燃料电池，其包含本发明的阳极、阴极和位于阳极和阴极之间 的包含磷酸基团的电解质，，其中在操作中时，燃料电池的阳极供应有含一氧化碳的氢燃 料。
[0026] 本发明还提供了一种用于操作磷酸燃料电池的方法，该方法包括：提供磷酸燃料 电池，其中阳极包含本发明的铂-钽催化剂；向阳极提供燃料物流，其中该燃料物流包含一 氧化碳；和在升高的温度操作燃料电池。
[0027] 通常，燃料物流包含高至4%的一氧化碳，例如高至2 %的一氧化碳。通常，燃料物 流包含至少〇. 5%的一氧化碳。
[0028] 升高的温度是指等于或高于约120°C的温度。磷酸燃料电池操作的最高温度是约 220 °C。
[0029] 现在将参照以下实施例更详细地描述本发明，实施例是说明性的，不限制本发明。
[0030] 实施例1 :制备Pt^Ta^催化剂
[0031] 使用剪切混合器将炭黑（CabotVulcanXC72R) (180. 4g)分散在水中，并转移到反 应容器中。将NaHC03(143 . 8g)添加到该浆料，将该混合物加热至回流。将溶解在浓盐酸中 的TaCl5(9. 2g)添加到含有15. 0g的Pt的氯铂酸溶液。将Pt/Ta溶液添加到回流的炭黑悬 浮体。当金属沉积完成时，通过过滤回收催化剂，并在滤床上用软化水清洗直到不含可溶性 离子。将材料干燥，然后在高温（例如800°C)在惰性气氛中退火。最终分析通过对样品的 湿化学蒸煮和对所得金属溶液的ICP-MS来进行，以确定金属成色。样品均匀性和合金化的 程度使用X射线衍射（XRD)分析来估定。获得具有在碳上标称负载量7. 5重量％的Pt的 标称Pt75Ta25催化剂（即75原子％的Pt，25原子％的Ta)。
[0032] 比较例1 :铂催化剂
[0033] 使用与实施例1所述类似的过程，获得具有在Cabot Vulcan XC72R炭黑上标称负 载量10重量％的Pt的Pt催化剂。
[0034] 比较例2 :制备Pt^Taj崔化剂
[0035] 使用与实施例1所述类似的过程，获得具有在CabotVulcanXC72R炭黑上标称负 载量7. 4重量％的Pt的标称Pt9QTai。催化剂（即90原子％的Pt，10原子％的Ta)。
[0036] 比较例3 :铂催化剂
[0037] 比较例3使用与比较例1中相同的催化剂。
[0038] 制备电极和测试
[0039]使用比较例1、2和3以及实施例1作为阳极催化剂制备电极。使用相同的过程来 制备电极。
[0040] 将催化剂以PTFE与碳载体的恒定比率添加到PTFE的水性分散体中，以产生絮凝 物，然后在高剪切混合。然后过滤和干燥墨水，之后采用干粉沉积法使阳极催化剂沉积到无 纺石墨化基底上，该基底随后加热到PTFE熔融温度以上。表1显示了阳极中的Pt负载量。 [0041 ]表 1
[0042]
[0043] 然后使电极在SiC基体间与现有技术的包含Pt/Co/Cr二元合金的阴极配对，然后 用相同的已知量的磷酸掺杂，以形成完整的单个磷酸燃料电池电极装置。将该装置置于金 属流静电场起电板的任一侧，以制成完整的单个燃料电池。然后在100mA/cm2对各电池调 节15小时，对阴极处的空气在204°C产生极化曲线，含有70%的H2、29%的N2、l%的C0的 重整产物燃料物流流到阳极。电池极化结果显示在图1中。
[0044] 比较例1和2以及实施例1各自具有相同的阳极中的铂负载量。比较例1和2表 现出非常相似的性能，但是使用本发明的Pt/Ta合金的实施例1明显地在整个电流密度范 围表现出改进，在300mA/cm2操作电流密度在燃料电池输出中实现了 10mV改进。一旦对欧 姆电阻做出修正，动力改进在15mV范围内。
[0045] 比较例3具有比实施例1更高的阳极中的铂负载量；然而，实施例1再次在整个电 流密度范围表现出改进。
[0046] 由本发明实施例1获得的更高的电池电压提供了显著更高的从燃料电池的电机 效率输出。
【主权项】
1. 包含铂和钽的二元合金催化剂，其中钽在合金中以15-50原子％存在。2. 根据权利要求1所述的二元合金催化剂，其中该催化剂还包含合金分散在其上的载 体材料。3. 根据权利要求2所述的二元合金催化剂，其中合金以5-15重量％的负载量分散在载 体材料上，基于铂的重量相对于催化剂的总重量计。4. 电极，其包含根据权利要求1-3中任一项所述的二元合金催化剂。5. 根据权利要求4所述的电极，其中该电极是阳极。6. 磷酸燃料电池，其包括根据权利要求4所述的电极。7. 磷酸燃料电池，其包括根据权利要求5所述的阳极，阴极，和位于阳极和阴极之间的 磷酸电解质，其中在操作中时，该燃料电池的阳极供应有含一氧化碳的氢燃料。8. 根据权利要求7所述的磷酸燃料电池，其中电解质是保持支承基体中的液体磷酸。9. 根据权利要求7所述的磷酸燃料电池，其中电解质是磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜。10. 操作磷酸燃料电池的方法，该方法包括提供磷酸燃料电池，其中阳极包含根据本发 明的铂-钽催化剂；向阳极提供燃料物流，其中该燃料物流包含一氧化碳；和在升高的温度 操作该燃料电池。
【专利摘要】公开了包含铂和钽的二元合金催化剂，其中钽在合金中以15-50原子％存在，以及包含这种催化剂的磷酸燃料电池。该催化剂提供更好的耐CO性。
【IPC分类】B01J23/648, H01M4/92, H01M8/08
【公开号】CN105009336
【申请号】CN201480007461
【发明人】S·C·鲍, B·R·C·西奥博尔德, S·布赫
【申请人】庄信万丰燃料电池有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2014年1月29日
【公告号】EP2954579A1, WO2014122426A1