一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池催化剂层的制备装置，特别涉及一种利用原子层沉积法制备催化剂层的装置。


背景技术：

2.当前，用绿色能源替代化石燃料有助于解决电力与生态环境之间的矛盾。氢能—作为绿色能源之一，由于其零排放和高能效的特点而广受关注。燃料电池是一种利用氢能产生电能的装置，可以应用于汽车等行业。电动汽车可以减少尾气排放，缓解能源危机。燃料电池的核心部分是催化剂层，而铂金是目前最有效的催化剂材料，且未见有效的其他金属替代。而铂金是一种非常贵重的金属，因此，减少铂金的使用量、提高使用性能，成为燃料电池开发的重要部分。
3.现有工艺中，通常利用原子层沉积法进行物体表面镀层的制备，例如精密金属部件表面的钝化膜，该工艺装置主要包括反应炉，反应炉设置真空箱体，样品支撑固定部件，所述样品通过支撑固定部件固定于所述真空箱体内。现有的原子层沉积技术主要应用于平面材料的表面处理，例如电子组件上的功能涂层等，难以应用于粉体表面处理，因为粉体会互相遮盖，只能修饰暴露出的表面，修饰及其不均匀。在燃料电池的催化剂层制备的应用中，用此种工艺装置无法得到均匀的铂碳催化剂，且只有暴露在表层的碳粉才可能沉积铂金镀层。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，能够应用于纳米粉末的表面修饰，不仅只将铂金属沉积于表层的碳粉表面，而是均匀可控的沉积于样品杯内所有碳粉表面。
5.为达到上述目的，本实用新型提出一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，包括反应炉、前驱体管路、真空传动部件，所述反应炉包括真空箱体，样品杯和支撑固定部件，所述样品杯通过所述支撑固定部件固定于所述真空箱体内，所述样品杯具有密闭盖和石英玻璃杯底，所述真空传动部件具有一传动座与所述石英玻璃杯底接触，所述前驱体管路连通所述反应炉的样品杯。
6.进一步，所述反应炉具有加热部件。所述真空传动部件为真空传动马达。所述前驱体管路包括第一前驱体管路和第二前驱体管路。所述真空箱体包括抽真空管路。
7.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，可在碳粉上均匀沉积2-4nm的铂颗粒，控制催化剂的形貌，提高催化剂的利用率和稳定性，降低燃料电池的制造成本。
附图说明
8.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的
范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
9.图1为本实用新型装置流程图。
10.图2为本实用新型反应炉示意图。
具体实施方式
11.结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。
12.参阅图1、图2为根据本实用新型实施例的一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，包括反应炉10，第一前驱体管路21、第二前驱体管路22，真空传动部件30，所述反应炉10包括真空箱体11，样品杯12和支撑固定部件13，所述样品杯12通过支撑固定部件13固定于所述真空箱体11内，所述样品杯具有密闭盖14和石英玻璃杯底15，所述真空传动部件具有一传动座31与所述石英玻璃杯底15接触，所述前驱体气源分别通过第一和第二前驱体管路21、22通入所述反应炉的样品杯。所述反应炉10还具有加热部件。所述真空传动部件还包括一真空传动马达32。所述真空箱体包括抽真空管路16。
13.在工作过程中，先将反应粉末体（主要是碳粉，例如高比表面积碳粉、炭黑、活性炭、碳纳米管等）装入样品杯12中，盖好密闭盖14，然后将样品杯12固定于支撑固定部件13，样品杯12的石英玻璃杯底15底部与真空传动部件的传动座31充分接触，确保所有部件紧密结合后，对真空箱体11密封并通过抽真空管路16将空气排出，并同时将样品杯12中的空气抽出进行抽真空步骤，当达到反应条件时，前驱体（含有铂的前驱体，例如三甲基(甲基环戊二烯基)铂mecpptme3，乙酰丙酮铂(ii) pt(acac)2等）通过第一和第二前驱体管路21、22通入到样品杯12中，进行原子层沉积反应的同时传动马达32带动传动座31使得样品杯中的粉末体进行有序的震动，使粉末体之间具有一定的空隙，从而充分接触到前驱体气体，发生反应后，该剩余的前驱体气体会通过样品杯12底部的石英玻璃杯底（9）抽出，完成一轮的沉积步骤。然后，根据需求粉体样品涂层的要求进行多轮沉积反应。经过多轮沉积反应后，不仅只将pt沉积于表层的碳粉表面，而是均匀可控的沉积于样品杯内所有碳粉表面，这样制成的催化剂层提高了催化剂的比表面积提高了催化剂颗粒的均匀性、提高了铂的利用率、可以延长燃料电池的使用寿命。
14.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。


技术特征：
1.一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，包括反应炉、前驱体管路、真空传动部件，其特征在于，所述反应炉包括真空箱体，样品杯和支撑固定部件，所述样品杯通过所述支撑固定部件固定于所述真空箱体内，所述样品杯具有密闭盖和石英玻璃杯底，所述真空传动部件具有一传动座与所述石英玻璃杯底接触，所述前驱体管路连通所述反应炉的样品杯。2.根据权利要求1所述的一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，其特征在于，所述反应炉具有加热部件。3.根据权利要求1所述的一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，其特征在于，所述真空传动部件还包括真空传动马达。4.根据权利要求1所述的一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，其特征在于，所述前驱体管路包括第一前驱体管路和第二前驱体管路。5.根据权利要求1所述的一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，其特征在于，所述真空箱体包括抽真空管路。

技术总结
本实用新型公开了一种利用原子层沉积法制备燃料电池催化剂层的装置，包括反应炉、前驱体管路、真空传动部件，所述反应炉包括真空箱体，样品杯和支撑固定部件，所述样品杯通过支撑固定部件固定于所述真空箱体内，所述样品杯具有密闭盖和石英玻璃杯底，所述支撑固定部件具有一传动座与所述石英玻璃杯底接触，所述传动座连接所述真空传动部件，所述前驱体管路连通所述反应炉的样品杯。本装置制备的催化剂层的铂金属可均匀可控的沉积于碳粉表面，提了了铂金属的利用率。了铂金属的利用率。了铂金属的利用率。


技术研发人员：冯国辉 张智恒 刘佳淼 郭瑶 易敏龙 潘志豪
受保护的技术使用者：香港生产力促进局
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/8