一种非晶铂合金和燃料电池的制备方法与流程

本申请涉及燃料电池，尤其涉及燃料电池催化剂。

背景技术：

1、氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，相应技术进步可推动氢气制备、储藏、运输等技术体系的发展升级。氢燃料电池的典型代表是质子交换膜燃料电池(pemtc)，其核心部件是膜电极(mea)，由位于中央的质子交换膜(pem)和涂覆在其上的催化剂层(cl)以及再外侧的气体扩散层(gdl)共同组成。其中，催化层的主要成分是pt/c催化剂与全氟磺酸离子聚合物(离聚物)，并分为阴阳两极，其中阴极用于催化氧还原反应(orr)，阳极用于催化氢氧化反应(hor)，pt/c催化剂的优异性能在orr和hor中均有突出体现。但其成本高昂，显著增大了膜电极的开发成本。另外，氢燃料电池汽车使用过程中存在怠速、启停、快速变载等实际工况，上述工况会带来高电位(高于0.85v)和反极现象(阳极电位高于阴极电位)，这会导致pt/c催化剂纳米颗粒的不可逆氧化溶解流失行为表现尤为显著，进而引起催化剂快速失效，如再沉积、奥斯瓦尔德熟化、团聚等。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种非晶铂合金和燃料电池的制备方法，以解决pt/c催化剂成本高昂、在高电位下容易失效的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：

3、将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭；

4、去除所述铸锭表面的氧化层；

5、将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。

6、在本申请的一些实施例中，所述过渡金属包括镍、钴、钼、铌、锡、铁、锰中的至少一种。

7、在本申请的一些实施例中，所述过渡金属与所述铂的物质的量之比为1:1～4。

8、在本申请的一些实施例中，所述将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭，通过电弧熔化工艺进行。

9、在本申请的一些实施例中，所述电弧熔化在-0.1～0.05mpa的真空度下进行。

10、在本申请的一些实施例中，所述电弧熔化的温度比所述铸锭的熔点高出100～400℃。

11、在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000～10000r min-1。

12、在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的熔体温度控制为1800～2100℃。

13、在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的真空度控制为-0.1～0.05mpa。

14、第二方面，本申请实施例提供一种燃料电池的制备方法，所述燃料电池的制备方法包括如下步骤：

15、提供第一方面任一实施例所述的方法制备得到的非晶铂合金；

16、将所述非晶铂合金处理成合金纳米颗粒；

17、将所述合金纳米颗粒与碳载体混合，得到预混料；

18、将所述预混料制成浆料后设置到质子交换膜上，形成催化层，所述催化层为阴极催化层或阳极催化层中的至少一层催化层；

19、以具有所述催化层的质子交换膜为基底制备燃料电池。

20、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

21、本申请实施例提供的非晶铂合金，含有大量的过渡金属，其价格低廉，使得所述非晶铂合金的成本较低；其多金属组分可以通过合金化效应提高催化性能，相比于传统结晶态合金催化剂，非晶合金内部缺少容易发生电化学腐蚀的结构缺陷，从而可以实现高达0.8v以上的耐氧化电位，在发生反极后也可以最大程度上减小性能衰减率，在高电位下不容易失效。因此其可以作为成本更低、耐久性更好的燃料电池催化剂。

技术特征：

1.一种非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述过渡金属包括镍、钴、钼、铌、锡、铁、锰中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述过渡金属与所述铂的物质的量之比为1:1～4。

4.根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭，通过电弧熔化工艺进行。

5.根据权利要求4所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述电弧熔化在-0.1～0.05mpa的真空度下进行。

6.根据权利要求4所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述电弧熔化的温度比所述铸锭的熔点高出100～400℃。

7.根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000～10000r min-1。

8.根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的熔体温度控制为1800～2100℃。

9.根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的真空度控制为-0.1～0.05mpa。

10.一种燃料电池的制备方法，其特征在于，所述燃料电池的制备方法包括如下步骤：

技术总结本申请涉及一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭；去除所述铸锭表面的氧化层；将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。本申请提供的非晶铂合金，含有大量的过渡金属，其价格低廉，使得所述非晶铂合金的成本较低；其多金属组分可以通过合金化效应提高催化性能，相比于传统结晶态合金催化剂，非晶合金内部缺少容易发生电化学腐蚀的结构缺陷，从而可以实现高达0.8V以上的耐氧化电位，在发生反极后也可以最大程度上减小性能衰减率，在高电位下不容易失效。因此其可以作为成本更低、耐久性更好的燃料电池催化剂。技术研发人员：陈实,王智捷,周江峰,曹天鹏,唐雪君受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1