本公開涉及用于電化學(xué)電池的耐久催化劑顆粒的基于共聚物的封裝。在共聚物中使用的共聚物材料可是基于硅的共聚物材料。催化劑顆?？墒谴呋瘎┘{米顆粒。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)G色技術(shù)的興趣日益增長，電化學(xué)電池例如燃料電池和電解槽已是各種應(yīng)用的有趣候選者。電化學(xué)電池是一種能夠從化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生電能(例如燃料電池)或使用電能進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)(例如電解槽)的裝置。

2、燃料電池已顯示出作為車輛和其它運(yùn)輸應(yīng)用的替代電源的前景。燃料電池使用可再生能源載體(例如氫)運(yùn)行。氫燃料電池運(yùn)行時(shí)也不會產(chǎn)生有毒排放或溫室氣體。單個(gè)燃料電池包括膜電極組件(mea)和兩個(gè)流場板。單個(gè)燃料電池通常提供0.5v至1.0v的電壓。單個(gè)燃料電池可以堆疊在一起以形成具有更高電壓和功率的燃料電池堆(fuel?cellstack)。一種類型的燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)。

3、電解槽經(jīng)過電解過程將水分解為氫氣和氧氣，為可再生資源制氫提供了一種有前途的方法。與燃料電池類似，電解槽包括由電解質(zhì)膜分隔開的陽極和陰極催化劑層。電解質(zhì)膜可是離子導(dǎo)電聚合物、堿性溶液或固體陶瓷材料。在電解槽的陽極催化劑層和陰極催化劑層中包括催化劑材料。一種類型的電解槽是質(zhì)子交換膜電解槽(pemec)。

4、實(shí)現(xiàn)電化學(xué)電池的長耐久性和低成本的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一是催化劑降解。催化劑材料的溶解可導(dǎo)致電化學(xué)活性表面積(ecsa)的損失。在pemfc中，ecsa的這種損失導(dǎo)致隨后氧還原反應(yīng)(orr)活性的降低。遷移離子可激活電化學(xué)電池的離聚物和膜中的其它降解模式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種電化學(xué)電池。電化學(xué)電池包括第一和第二電極。第一電極包括增強(qiáng)在電化學(xué)電池中的活性的第一催化劑顆粒。第二電極包括增強(qiáng)在電化學(xué)電池中的活性的第二催化劑顆粒。第一和第二催化劑顆粒中的一者或兩者至少部分地封裝在由基于硅的共聚物的前體形成的二氧化硅封裝中。二氧化硅封裝維持第一和/或第二催化劑顆粒的活性。

2、在另一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種用于電化學(xué)電池的封裝催化劑顆粒系統(tǒng)。封裝催化劑顆粒系統(tǒng)包括配置為增強(qiáng)在電化學(xué)電池中的活性的催化劑顆粒。封裝催化劑顆粒系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少部分封裝催化劑顆粒的基于硅的共聚物的封裝前體。封裝前體配置為維持催化劑顆粒的活性。

3、在另一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種形成用于電化學(xué)電池的封裝催化劑顆粒的方法。該方法包括將基于硅的共聚物的封裝前體施加到催化劑顆粒上。催化劑顆粒被配置為增強(qiáng)在電化學(xué)電池中的活性。該方法進(jìn)一步包括使封裝前體經(jīng)受氧處理以得到包括二氧化硅封裝的封裝催化劑顆粒。

技術(shù)特征：

1.一種電化學(xué)電池，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述基于硅的共聚物是硅-碳共聚物。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其中所述基于硅的共聚物具有5,000至20,000道爾頓的低分子量。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其中所述基于硅的共聚物包括基于硅的單體和基于碳的單體。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池，其中所述基于硅的單體包括單體單元，所述單體單元包括一個(gè)或多個(gè)硅氧烷基團(tuán)、一個(gè)或多個(gè)碳硅氧烷基團(tuán)、一個(gè)或多個(gè)硅烷基團(tuán)、一種或多個(gè)碳硅烷基團(tuán)、或其組合。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池，其中所述基于碳的單體包括單體單元，所述單體單元包括一個(gè)或多個(gè)苯乙烯基團(tuán)、一個(gè)或多個(gè)乙烯基團(tuán)、一種或多個(gè)丙烯基團(tuán)、或其組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述第一和第二催化劑顆粒由第一和第二催化劑材料形成，所述第一和第二催化劑材料獨(dú)立地選自純pt、pt-m合金(其中m是來自元素周期表的另一種金屬)、其它鉑族成員(pgm)金屬(例如ru、rh、pd、os和/或ir)、pgm-m合金(其中m是來自元素周期表的另一種金屬)，pt-pgm-m合金(其中m是來自元素周期表的另一種金屬)、或其組合。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述二氧化硅封裝包括sio2的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述二氧化硅封裝包括碳膜，所述碳膜具有在所述二氧化硅封裝的外表面部分上形成的二氧化硅。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電池，其中所述二氧化硅具有0.265g/cm3至2.12g/cm3的密度。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述第一和第二催化劑顆粒中的一者或兩者完全封裝在所述二氧化硅封裝中。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述第一和第二催化劑顆粒是第一和第二催化劑納米顆粒。

13.一種用于電化學(xué)電池的封裝催化劑顆粒系統(tǒng)，其包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封裝催化劑顆粒系統(tǒng)，其中所述基于硅的共聚物是硅-碳共聚物。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的封裝催化劑顆粒系統(tǒng)，其中所述基于硅的共聚物包括基于硅的單體和基于碳的單體。

16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的封裝催化劑顆粒系統(tǒng)，其中所述催化劑顆粒由催化劑材料形成，所述催化劑材料選自純pt、pt-m合金(其中m是來自元素周期表的另一種金屬)、其它鉑族成員(pgm)金屬(例如ru、rh、pd、os和/或ir)、pgm-m合金(其中m是來自元素周期表的另一種金屬)、pt-pgm-m合金(其中m是來自元素周期表的另一種金屬)、或其組合。

17.一種形成用于電化學(xué)電池的封裝催化劑顆粒的方法，所述方法包括：

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述施加步驟包括將所述基于硅的共聚物溶解在有機(jī)溶劑中并將所述催化劑顆粒添加到所述有機(jī)溶劑中。

19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述經(jīng)受步驟之前對所述封裝前體進(jìn)行退火。

20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述經(jīng)受步驟是在紫外線(uv)暴露或氧等離子體暴露下進(jìn)行的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及用于耐久催化劑顆粒的基于共聚物的封裝。一種電化學(xué)電池包括第一和第二電極。第一電極包括增強(qiáng)在電化學(xué)電池中的活性的第一催化劑顆粒。第二電極包括增強(qiáng)在電化學(xué)電池中的活性的第二催化劑顆粒。第一和第二催化劑顆粒中的一者或兩者至少部分地封裝在由基于硅的共聚物的前體形成的二氧化硅封裝中。二氧化硅封裝維持第一和/或第二催化劑顆粒的活性。

技術(shù)研發(fā)人員：K·加德拉布,M·科恩布魯斯,D·基恰耶夫,C·約翰斯頓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：羅伯特·博世有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30