用于PEM燃料电池的催化剂、电极及其制备方法与流程

用于pem燃料电池的催化剂、电极及其制备方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年12月9日提交的申请号为63/123,001的美国临时申请的权益，上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本技术涉及燃料电池催化剂，更具体而言，涉及一种制备燃料电池催化剂的方法。


背景技术：

4.本节提供了与本发明相关的背景信息，不一定是现有技术。
5.燃料电池系统可在许多应用中用作电源，例如车辆和固定电力设备。这种系统可以经济地提供电力，并具有环保以及其他益处。然而，为了在商业上可行，燃料电池系统应该在运行中表现出足够的可靠性，即使当燃料电池处于其优选运行范围之外的条件时也是如此。
6.燃料电池转化反应物(即燃料和氧化剂)以产生电力和反应产物。质子交换膜燃料电池(pem燃料电池)，也称为聚合物电解质膜燃料电池，可以使用包括质子交换膜(例如质子传导离聚物)的膜电极组件(mea)，该质子交换膜设置在两个电极(即阴极和阳极)之间。催化剂通常推动电极上所需的电化学反应。可以在mea的每一侧设置隔板或双极板(包括提供用于引导反应物穿过每个电极表面的流场的板)和/或各种类型的气体扩散介质。
7.在运行中，单个燃料电池在负载下的输出电压可低于1伏。因此，为了提供更大的输出电压，多个燃料电池可以堆叠在一起，并且可以串联连接以产生更高电压的燃料电池堆。端板组件可以放置在堆的每一端，以将堆保持在一起并将堆组件压缩在一起。压缩力提供各个堆组件之间的密封和足够的电接触。然后，燃料电池堆还可以与其他燃料电池堆或电源串联和/或并联连接，以形成更大的阵列，用于提供更高的电压和/或电流。
8.在mea的电极中使用的催化剂可包括一种或多种不同的金属，包括嵌入和/或负载在不同类型的介质(包括质子传导介质)上的贵金属。碳负载催化剂可用于燃料电池电极的阳极和阴极，分别用于氢氧化和氧还原反应。这种催化剂可以包括负载在高表面积或低表面积碳介质上的铂(pt)和pt合金，例如铂-钴(pt-co)、铂-镍(pt-ni)、铂-铁(pt-fe)和/或铂-锰(pt-mn)。
9.当催化剂负载在高表面积碳或低表面积碳上时，可存在与电极的性能和耐久性相关的折衷。当催化剂负载在高表面积碳上时，由于pt凝聚、溶解和碳氧化，耐久性会受到损害，其中贵金属的利用也可能受到损害。当催化剂负载在低表面积的碳上时，pt的电化学表面积及其性能会受到损害。
10.因此，需要继续优化催化剂的碳载体，以获得pem燃料电池期望的性能和耐久性要求。


技术实现要素：

11.与本公开内容一致，已经惊奇地发现了优化的催化剂、催化剂油墨、电极、包括这种电极的燃料电池以及制备这种催化剂的方法。
12.本技术包括涉及催化剂的制造品、系统和方法，该催化剂包括碳载体和金属。碳载体可以包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳。金属可以包括铂和各种铂合金中的一种或多种，其中金属可以沉积在碳载体上。使用催化剂形成的电极可以包括离聚物，例如全氟磺酸。膜电极组件和使用这种电极的燃料电池可以具有由这种催化剂形成的阳极和/或阴极。
13.提供了制备催化剂的方法，其中将高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳混合以形成混合碳载体。包括含铂前体和/或一种或多种不同含铂合金前体的催化剂前体可以沉积到碳混合物上，以形成沉积后碳混合物。沉积后碳混合物可以被加热以形成包括金属沉积产物的碳负载催化剂。还可以在将催化剂前体沉积到碳混合物上以形成沉积后碳混合物之前，用氧化剂和酸性条件中的一种化学处理碳混合物。也可以在将金属前体沉积到碳混合物上以形成沉积后碳混合物之前，在惰性气氛或空气中的一个中加热碳混合物。此外，在加热以形成包括金属沉积产物的碳负载催化剂之前，可以收集、洗涤和干燥沉积后碳混合物一次或多次。
14.从本文提供的描述中，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
15.本文所描述的附图仅对所选定的实施方案而非全部可能的实施方案进行说明，并不旨在限制本公开的范围。
16.图1为示出根据本技术的制备催化剂的方法的实施方案的流程图；
17.图2为示出根据本技术的碳混合的实施方案的流程图；
18.图3为示出根据本技术的在碳混合物上沉积催化剂前体的实施方案的流程图；
19.图4为示出根据本技术的洗涤沉积后碳混合物的实施方案的流程图；和
20.图5为示出根据本技术的制备电极的方法的实施方案的流程图。
具体实施方式
21.以下对技术的描述仅是一项或多项发明的主题、制造和使用的示例性性质，并非旨在限制在本技术中或在可能要求本技术优先权的其他申请中要求保护的任何特定发明或由此发布的专利的范围、应用或使用。除非另有明确说明，否则对于所公开的方法，所呈现的步骤的顺序本质上是示例性的，因此，在多个实施方案中步骤的顺序可以不同，包括其中可以同时进行某些步骤。本文使用的“一个/种(a)”和“一个/种(an)”表示存在“至少一个/种”项目；可能的话，可以存在多个/种这样的项目。除非另外明确指示，否则本说明书中的所有数值应被理解为由词语“约”修饰，并且在描述本技术的最宽范围时，所有几何和空间描述词语应被理解为由词语“基本上”修饰。当应用于数值时，“约”表示计算或测量允许该值存在一些轻微的不精确(某种程度地接近该值的精确性；适当或合理地接近该值；几乎)。如果由于某种原因，“约”和/或“基本上”所提供的不精确性在本领域中不能理解为具
有这种常规含义，那么本文所用的“约”和/或“基本上”至少表示可以由测量或使用这些参数的常规方法所引起的变化。
22.尽管在本文中使用开放性术语“包括(comprising)”作为非限制性术语(如包含(including)、含有(containing)或具有(having))的同义词来描述和主张本技术的实施方案，但是实施方案可以替代地使用更具限制性的术语来描述，诸如“由
……
组成”或“基本上由
……
组成”。因此，对于列举材料、组件或方法步骤的任何给定的实施方案，本技术还具体包括由这些材料、组件或方法步骤组成或基本上由其组成的实施方案，这些材料、组件或方法不包括其他材料、组件或方法(由
……
组成)，并且不包括影响实施方案的重要特性的其他材料、组件或方法(基本上由
……
组成)，即使这些其他材料、组件或工艺没有在本技术中明确列举。例如，列举元素a、b和c的组合物或方法的叙述具体设想了由a、b和c组成并且基本上由a、b和c组成的实施方案，不包括可以在本领域中列举的元素d，即使元素d在本文中没有明确描述为不包括。
23.如本文所述，除非另有说明，否则范围的公开包括端点，并包括整个范围内的所有不同值和进一步划分的范围。因此，例如，“从a至b”或“从约a至约b”的范围包括a和b。公开的特定参数(例如量、重量百分比等)的值和值范围，不排除在本文中有用的其他值和值的范围。可以设想，给定参数的两个或多个具体示例值可以定义该参数所要求保护的值的范围的端点。例如，如果参数x在本文中被示例为具有值a并且还被示例为具有值z，则可以设想参数x可以具有约a至约z的值范围。类似地，可以设想参数的两个或更多个值范围的公开(无论这样的范围是嵌套的、重叠的还是不同的)包含可能使用所公开的范围的端点要求保护的值的所有可能的范围组合。例如，如果参数x在本文被示例为具有1-10或2-9或3-8范围内的值，也可以设想参数x可以具有其他范围的值，包括1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10、3-9等。
24.当元件或层被称为“在......上(on)”、“接合至(engaged to)”、“连接至(connected to)”或“耦合至(coupled to)”另一元件或层时，它可直接位于、接合、连接或耦合至另一元件或层，或可存在中间元件或层。相反，当一个元件被称为“直接在......上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦合至”另一个元件或层时，则可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“在
……
之间(between)”相对于“直接在
……
之间”、“相邻(adjacent)”相对于“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何组合和全部组合。
25.尽管可以在本文中使用术语第一、第二、第三等来描述多种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开来。在本文中使用时，如“第一”、“第二”等术语和其它数字术语不暗示顺序或次序，除非上下文明确指出。因此，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分，而不脱离示例实施方案的教导。
26.为便于描述，可以在本文中使用空间相对术语，如“内部”、“外部”、“下面(beneath)”、“下方(below)”、“下部(lower)”、“上方(above)”、“上部(upper)”等，以便于描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相对术语可以旨在涵盖除图中所示方位之外，装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，那么
被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向在其它元件或特征的“上方”。因此，示例术语“下方”可以包括上方和下方两种方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或其他方位)，并且可以相应地解释在本文使用的空间相对描述词语。
27.本技术提供了制备催化剂的多种方法，其中这种催化剂可用于结合到膜电极组件中的电极以及质子交换膜燃料电池中，其可用作各种应用中的电力设备，包括车辆应用。用于燃料电池的催化剂可以包括碳载体和金属。碳载体可以包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳中的一种或多种。在某些实施方案中，碳载体包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳。金属可以包括铂和/或铂合金。金属可以沉积在碳载体上。
28.用于燃料电池的催化剂还可以包括多个方面。碳载体可以由高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和/或低表面积无孔碳的碳混合物形成。高表面积多孔碳可具有约300m2/g至约1200m2/g的表面积。低表面积石墨化碳可具有约125m2/g至约300m2/g的表面积。低表面积无孔碳可具有约50m2/g至约125m2/g的表面积。金属可以包括铂和/或一种或多种铂合金。铂合金的实例包括铂-钴(pt-co)、铂-镍(pt-ni)、铂-铁(pt-fe)和铂-锰(pt-mn)。催化剂和液体载体可以结合形成浆料或油墨，该浆料或油墨可以用于形成在质子交换膜燃料电池的膜电极组件中使用的电极。
29.在某些实施方案中，本技术提供了制备和使用用于燃料电池的电极的方法。电极可以包括碳载体、金属和离聚物。如上所述，碳载体可以包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和/或低表面积无孔碳。金属可以包括铂和/或一种或多种铂合金，其中金属沉积在碳载体上。离聚物可以包括用于燃料电池电极的各种离聚物，例如全氟磺酸。这种电极可用于制备与质子交换膜结合的膜电极组件；例如磺化四氟乙烯基含氟聚合物共聚物。
30.本技术还提供了制备催化剂的方法。这种方法可以包括使高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳混合以形成碳混合物。可以将催化剂前体沉积到碳混合物上以形成沉积后碳混合物，其中催化剂前体包括铂前体和/或一种或多种铂合金前体。沉积后碳混合物可以被加热以形成碳负载催化剂，其中碳负载催化剂包括铂和/或一种或多种铂合金前体的金属沉积产物。
31.各种其他方面可以应用于制备这种催化剂的方法。关于碳物质的混合，可以在混合操作之后确定碳混合物的粒径，并且可以重复混合步骤，直到碳混合物获得预定的粒径。例如，可以进行各种类型的混合、研磨和碾磨操作，以形成包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳的颗粒的基本均匀的碳混合物。还可以在沉积步骤之前，用氧化剂和酸性条件中的一种化学处理碳混合物。同样，还可以在沉积步骤之前，在惰性气氛或空气中的一个中热处理碳混合物。碳混合物的这种处理可以用来官能化碳混合物颗粒，从而改善催化剂前体在其上的沉积。碳混合物的这种处理也可用于改变碳颗粒的形状和/或改变相对孔隙率。
32.在制备催化剂的方法中可以加入各种洗涤操作。例如，可以在加热步骤之前洗涤沉积后碳混合物。洗涤可以除去未沉积的催化剂前体和用于混合催化剂前体和碳混合物的任何溶剂或液体载体，以及除去用于形成碳混合物的混合操作中使用的任何溶剂或液体载体。沉积后碳混合物的洗涤可以重复预定次数，或者直到残留的未沉积的催化剂前体的量下降到预定阈值以下。洗涤沉积后碳混合物之后，可以在加热步骤之前干燥沉积后碳混合
物。在某些实施方案中，干燥可以与加热步骤结合。
33.本技术也考虑了制备包括本文提供的催化剂的电极的方法。这种方法可以包括以本文所述的方式之一制备催化剂。然后，可以使碳负载催化剂、溶剂和离聚物混合以形成浆料或油墨。浆料或油墨可以沉积在表面上。然后可以除去溶剂以形成电极。以这种方式，可以通过喷涂、压延或浇铸浆料或油墨，以及通过使用在各种表面或基底上形成膜或层的领域中可用的其他方法来形成电极。浆料或油墨可以沉积在各种表面上，包括质子交换膜和/或气体扩散层。某些方法可以包括将电极从一个表面转移到另一个表面，例如质子交换膜。转移可以通过压制操作、辊对辊转移以及本领域中其他的可用方式来实现。除去溶剂以形成电极可以包括使溶剂挥发。除去溶剂后，固体或半固体电极可以保留在表面上，这可以包括热和/或真空的使用。
34.如本文所述，本技术提供了用于燃料电池电极的优化的碳负载催化剂，该燃料电池电极包括分别用于氢氧化和氧还原反应的阳极和/或阴极。催化剂可以包括负载在碳材料的特定混合物上的pt或pt合金，例如pt-co、pt-ni、pt-fe、pt-mn，碳材料包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳。当催化剂仅负载在高表面积碳或低表面积碳上时，可能存在与性能和耐久性相关的折衷，本技术可以克服这些问题。例如，当催化剂仅负载在高表面积碳上时，由于pt的凝聚和溶解以及碳氧化，耐久性会受到损害，并且有时贵金属的利用也会受到损害。此外，当催化剂仅负载在低表面积的石墨化碳上时，pt的电化学表面积以及其催化剂性能可能会受到损害。本文提供的碳材料混合物可以出人意料地解决这些问题，并最大化燃料电池mea中催化剂的性能。具体而言，本发明的碳载体通过以一定比例混合碳材料(包括多孔和无孔碳载体以及高表面积和低表面积石墨化碳)而设计成具有优化的物理化学性质，随后可以在催化剂沉积之前进行化学和热处理，使性能和耐久性方面的折衷最小。
35.在某些实施方案中，根据本技术的催化剂的制备可以包括以下方面。可以使高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳混合形成混合碳载体。任选地，可以用氧化剂和酸性条件中的一种对混合碳载体进行化学处理。混合碳载体在其形成后或用氧化剂或酸性条件进行化学处理后，也可任选在惰性气氛或空气中进行热处理。可以将包括铂前体和/或一种或多种铂合金前体的金属前体沉积到混合碳载体上，以形成前体沉积产物。任选地，可以收集(例如，通过过滤)、洗涤和干燥前体沉积产物一次或多次。例如，收集、洗涤和干燥可以除去在化学处理混合碳载体时提供的任何残留氧化剂或酸性条件。然后可以加热前体沉积产物以形成金属沉积产物。具有或不具有惰性气体(例如氮气或氩气)的热能可用于分解有机金属前体，以留下沉积在混合碳载体上的金属。
36.以这种方式制备的催化剂可用于使用三步混合工艺(例如低剪切、中剪切和高剪切机械工艺)制备各种催化剂浆料或油墨。低剪切条件的实例包括旋转速度在约300rpm至约1000rpm之间的高架机械混合。中剪切条件的实例包括旋转速度在约1000rpm至约5000rpm之间的高架机械混合。高剪切条件的实例包括在约2000psi至约20000psi的高压机械混合。催化剂浆料或油墨可以涂覆在氟化基底上或直接涂覆在离聚物(例如，全氟磺酸(pfsa)膜)上，以形成催化剂涂覆的膜(ccm)和mea，其可以与适当的气体扩散介质一起组装，并通过pt溶解的加速应力测试方案评估性能和耐久性。
37.关于本技术中使用的碳载体，碳载体可以包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化
碳和低表面积无孔碳的混合物。在某些实施方案中，高表面积多孔碳可具有约300m2/g至约1200m2/g的表面积。高表面积多孔碳还可具有在300m2/g和1200m2/g之间的表面积。在某些实施方案中，低表面积石墨化碳可具有约125m2/g至约300m2/g的表面积。低表面积石墨化碳还可具有在125m2/g和300m2/g之间的表面积。并且在某些实施方案中，低表面积无孔碳可具有约50m2/g至约125m2/g的表面积。低表面积无孔碳还可具有在50m2/g和125m2/g之间的表面积。
38.实施例：
39.参考本文所附的几个附图提供本技术的示例性实施方案。
40.参考图1，100示出了制备催化剂的方法的实施方案。碳混合步骤105包括使具有各种形态的各种碳物质混合。例如，高表面积碳颗粒可以通过增加沉积在其上的催化剂的活性面积来提供高催化剂性能。然而，高表面积碳颗粒可能不太耐用，并且更容易受到物理、热和/或化学应力的影响。相反，低表面积碳颗粒更耐用并且更耐物理、热和/或化学应力，但是其上沉积的催化剂的活性面积减小。因此，在形成本发明的碳混合物时可以获得平衡，其中在优化用于金属催化剂的碳载体的性质时可以实现催化剂性能和耐久性的折衷。
41.110示出了碳混合物的可选的化学处理，其中碳混合物可以暴露于氧化剂和/或酸性条件下。通过这样的方式，化学处理可以通过在碳颗粒上形成氧化产物来官能化碳混合物。这种氧化产物可以包括位于碳混合物的碳物质的表面上和/或孔内的各种含氧侧基官能团。这些含氧侧基官能团可以改善各种相互作用，包括与金属催化剂的离子配位和/或共价键合。
42.如115所示，热处理碳混合物。热处理可以在惰性气氛(例如氮气和/或惰性气体，如氩气)或空气中进行。115处的热处理可以除去105处的碳混合和/或110处的化学处理留下的任何挥发物。碳混合物的热处理可用于官能化碳混合物颗粒，从而改善催化剂前体在其上的沉积。碳混合物的热处理也可用于改变碳混合物中碳颗粒的形状和/或改变相对孔隙率。
43.如120所示，催化剂前体沉积在碳混合物上。沉积操作形成沉积后碳混合物，其中催化剂前体可以基于各自的表面积、孔隙率及其在碳混合物中的比例与各种碳物质相互作用。催化剂前体可以包括铂前体和/或一种或多种铂合金前体。铂前体的实例包括乙酰丙酮铂、硝酸铂、六氯铂酸、三甲基(甲基环戊二烯基)铂以及各种金属有机化合物和表面活性剂。铂合金前体的实例包括具有铂合金的类似化合物。催化剂前体可以是热不稳定的，使得随后的加热和暴露于各种热能源可以导致催化剂前体的至少部分分解。在某些实施方案中，催化剂前体可以是热不稳定的，其中前体的有机部分被有效地分解、断裂和/或挥发，在沉积部位留下金属或金属合金。
44.如125所示，洗涤沉积后碳混合物。洗涤从沉积后碳混合物中除去未沉积的催化剂前体。同样，可以除去在105的碳混合步骤中使用的任何溶剂和/或液体载体以及在110的化学处理步骤中使用的任何氧化剂或酸性成分，如果还没有通过在115的碳混合物的热处理而挥发和/或分解的话。可以使用各种分离方法进行洗涤，以形成包括沉积后碳混合物的固相和包括任何前述残余物以及步骤125中使用的任何洗涤溶剂的液相。
45.如130所示，应用热处理以形成碳负载催化剂。沉积催化剂前体，是热不稳定的，分解留下金属沉积产物。各种碳物质有可能与金属相互作用，包括先前的在110的化学处理、
先前的在115的热处理和/或在130的当前热处理已经提供或确实提供了某些官能团，包括各种含氧侧基官能团，其可以在催化剂前体分解后与金属相互作用和/或反应。通过这样的方式，碳负载催化剂包括与碳载体稳定结合或配位的金属沉积产物。
46.现在转到图2，示出了碳混合步骤105的实施方案。碳混合105包括高表面积多孔碳205、低表面积石墨化碳210和低表面积无孔碳215的投入。高表面积多孔碳的实例包括黑珍珠。低表面积半石墨化碳的实例包括vulcan xc72。低表面积无孔碳的实例包括cabot。这些碳物质中的每一种都可以作为一种或多种预选尺寸的颗粒提供。对碳物质进行混合操作220，该混合操作220的范围可以从一般混合以提供基本上均匀的混合物，到可以进行包括混合、研磨和/或碾磨操作的操作以形成预定尺寸的颗粒的基本上均匀的碳混合物。例如，通过对高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳的组合进行混合操作220，可以将碳混合物混合和研磨/碾磨至相对一致的粒径和均匀性。如225所示，在混合操作220中的一个或多个点，可以测试碳混合物，以确定混合物的粒径和均匀性。在220的混合操作可以被继续直到获得期望的物理特性。
47.现在转到图3，在120示出了催化剂前体沉积到碳混合物上的实施方案。催化剂前体305、任选的溶剂310和碳混合物315在320混合，以使各个碳物质的表面积与催化剂前体有效接触。如325所示，可以允许混合物接触预选时间，以允许催化剂前体305渗透到各个碳物质的有效表面积和任何孔中。较小粒径的碳混合物315可能需要较短的接触时间，而较大粒径的碳混合物315可能需要较长的接触时间来彻底润湿颗粒。步骤325中的接触可以通过对催化剂前体305、任选的溶剂310和碳混合物315的各种搅拌、混合和/或真空应用来协助。
48.现在转到图4，示出了洗涤沉积后碳混合物125的实施方案。洗涤可以包括向沉积后碳混合物中任选地添加溶剂405或液体载体。溶剂405可以稀释任何未沉积的催化剂前体，并且可以将沉积后碳混合物悬浮在其中，以更彻底地除去未沉积的催化剂前体。沉积后混合物通过各种方式与溶剂和/或未沉积的催化剂前体分离，例如如410所示的过滤沉积后碳混合物，或者通过密度分离方法，例如如415所示的离心。沉积后碳混合物125的洗涤可以包括干燥沉积后碳混合物，如420所示。干燥可以通过热和/或大气循环来实现，包括使用喷雾干燥和流化床工艺。
49.现在转到图5，在500示出了使用碳负载催化剂形成电极的实施方案。在505提供的碳负载催化剂可以包括图1的方法的产物，由其中130的碳负载催化剂来标识。碳负载催化剂505、溶剂510和离聚物515混合形成浆料或油墨，如520所示。然后将浆料或油墨沉积在表面上以形成电极，其中浆料或油墨可以直接沉积在质子交换膜(pem)和/或气体扩散层(gdl)上以在其上形成电极，如525所示，或者其中浆料或油墨沉积在基底上以在其上形成电极，如530所示，电极随后从基底转移到pem上，如535所示，以形成膜电极组件(mea)。
50.提供示例性实施方案以使本公开内容将充分公开，并将范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，如具体组件、装置和方法的实例，以提供对本公开内容实施方案的充分理解。对于本领域技术人员来说将显而易见的是，不需要采用特定的细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式体现，并且都不应该被解释为对本公开的范围的限制。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。在本技术的范围内，可以对一些实施方案、材料、组合物和方法进行等同的改变、修改和变化，并具有基本相似的结果。

技术特征：
1.一种用于燃料电池的催化剂，包括：碳载体，包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳；和金属，选自铂、铂合金及其组合，其中所述金属沉积在所述碳载体上。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述高表面积多孔碳的表面积为约300m2/g至约1200m2/g。3.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述低表面积石墨化碳的表面积为约125m2/g至约300m2/g。4.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述低表面积无孔碳的表面积为约50m2/g至约125m2/g。5.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述铂合金包括选自铂-钴(pt-co)、铂-镍(pt-ni)、铂-铁(pt-fe)、铂-锰(pt-mn)及其组合的成员。6.一种催化剂浆料或油墨，包括权利要求1所述的催化剂和液体载体。7.一种用于燃料电池的电极，包括：碳载体，包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳；金属，选自铂、铂合金及其组合，其中所述金属沉积在所述碳载体上；和离聚物。8.根据权利要求7所述的电极，其中所述离聚物包括全氟磺酸。9.一种膜电极组件，包括权利要求7所述的电极和质子交换膜。10.一种制备催化剂的方法，包括：使高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳混合以形成碳混合物；将催化剂前体沉积到所述碳混合物上以形成沉积后碳混合物，其中所述催化剂前体选自铂前体、铂合金前体及其组合；和加热所述沉积后碳混合物以形成碳负载催化剂，其中所述碳负载催化剂包括选自铂、铂合金及其组合的金属沉积产物。11.根据权利要求10所述的方法，还包括在混合步骤之后确定所述碳混合物的粒径，以及重复混合步骤直到获得所述碳混合物的预定粒径。12.根据权利要求10所述的方法，还包括在沉积步骤之前，使用氧化剂和酸性条件中的一种化学处理所述碳混合物。13.根据权利要求10所述的方法，还包括在沉积步骤之前，在惰性气氛和空气中的一个中热处理所述碳混合物。14.根据权利要求10所述的方法，还包括在加热步骤之前洗涤所述沉积后碳混合物。15.根据权利要求14所述的方法，还包括在加热步骤之前重复洗涤所述沉积后碳混合物。16.根据权利要求14所述的方法，其中在加热步骤之前洗涤所述沉积后碳混合物之后，干燥所述沉积后碳混合物。17.一种制备电极的方法，包括：根据权利要求10所述的方法制备催化剂；使所述催化剂、溶剂和离聚物混合以形成浆料或油墨；将所述浆料或油墨沉积到表面上；和
除去所述溶剂以形成电极。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述表面包括选自质子交换膜、气体扩散层及其组合的成员。19.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述电极从所述表面转移到质子交换膜。20.根据权利要求17所述的方法，其中除去所述溶剂包括使所述溶剂挥发。

技术总结
提供了包括碳载体和金属的催化剂，以及制备这种催化剂的方法(100，500)、包括这种催化剂的电极和使用这种电极的燃料电池。碳载体包括高表面积多孔碳、低表面积石墨化碳和低表面积无孔碳。金属包括铂和/或一种或多种铂合金，其中金属沉积在碳载体上。该催化剂可用于催化剂油墨中，并可与离聚物一起形成用于燃料电池的电极。的电极。的电极。


技术研发人员：拉杰什
受保护的技术使用者：海森发动机公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2023/9/26