一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115763836A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211396045.6(22)申请日2022.11.08(71)申请人中国科学院山西煤炭化学研究所地址030001山西省太原市桃园南路27号(72)发明人陈成猛成家瑶陈景鹏苏方远孔庆强刘卓(74)专利代理机构太原申立德知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14115专利代理师程园园(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/96(2006.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体及其制备方法(57)摘要本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体及其制备方法。为提高铂炭催化剂的活性和耐腐蚀性，本发明首先对石墨烯进行改性处理，通过掺杂卤素离子，增强石墨烯与炭黑之间的作用力；通过对石墨烯进行钝化处理，提高了石墨烯表面官能团的稳定性，增强石墨烯耐腐蚀性能。其次配合助剂，将炭黑均匀分散并锚定于石墨烯上，在修复石墨烯表面缺陷的同时充分利用石墨烯的二维层状结构，增加炭载体的传质作用。最后石墨烯与炭黑复合，克服石墨烯团聚，提高其振实密度；高温酸洗加水洗，进一步去除制备过程中残留的有害金属离子，提高复合材料的耐腐蚀性。CN115763836ACN115763836A权利要求书1/1页1.一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将石墨烯和掺杂剂超声搅拌混合，然后真空浸渍，浸渍完成后于60～100℃干燥12～24小时，在氩气吹扫下，将混合物以1～5℃/min的升温速率升温至800～1200℃，恒温2～6小时，冷却至室温后得到掺杂石墨烯；步骤2，在氩气吹扫下，将掺杂石墨烯以2℃/min的升温速率升温至1000℃，恒温2～6小时，进行钝化处理，冷却至室温后得到钝化石墨烯；步骤3，将钝化石墨烯、炭黑、分散剂、助剂以及水超声搅拌混合，然后磁力搅拌，过滤得到复合载体；步骤4，将复合载体用无水乙醇润湿，然后用酸洗剂完全润湿复合载体；步骤5，将步骤4得到的复合载体经水浴加热，然后用热水超声过滤洗涤，过滤溶液呈中性，烘干，得到纯化的炭炭复合载体；步骤6，在氩气吹扫下，将纯化后的炭炭复合炭载体以2℃/min的升温速率升温至800～1600℃，恒温2～6小时，冷却至室温后得到耐腐蚀炭载体。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中石墨烯为600℃还原氧化石墨烯，掺杂剂为三聚氰胺、磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或两种按任意比混合的混合物，石墨烯和掺杂剂的质量比为1:1～5。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中搅拌混合3h，真空浸渍6～12h。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中炭黑为XC‑72、XC‑72R、KB‑300、KB‑600J、乙炔黑中的一种或两种按任意比混合的混合物，分散剂为乙二醇、异丙醇、乙醇或丙二醇，助剂为聚丙烯酸钠、丙烯酸树脂、乙二胺、柠檬酸钠、吡咯、吡啶中的一种或两种按任意比混合的混合物，钝化石墨烯、炭黑、助剂和水的质量比为3:1:1:100～1:3:9:500，分散剂与水的体积比为1:1～4。5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中超声搅拌混合1h，磁力搅拌4～12h。6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤4中酸洗剂为稀盐酸、浓盐酸、氢氟酸、硫酸或硝酸。7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤5中水浴加热的温度为60℃，时间为0.5～6h，热水的温度为75～100℃。8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体的制备方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2和步骤6中氩气吹扫的时间为20min。9.一种权利要求1至8任一项制备方法所制得的氢燃料电池用耐腐蚀炭载体，其特征在于，所述炭载体的1.5V处腐蚀电流密度为20.4～101.9μA/cm2，铁离子含量为19.75～43.31ppm。2CN115763836A说明书1/6页一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体及其制备方法技术领域[0001]本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池用耐腐蚀炭载体及其制备方法。背景技术[0002]氢燃料电池是一种零排放、无污染的新能源电池，它通过催化剂将氢气和氧气的化学能转化为电能，是新一代乘用车电池的最佳选择。目前，制约燃料电池大规模商业化应用的瓶颈问题就是所使用的铂炭催化剂的活性和耐