用于核-殼催化劑處理的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]燃料電池具有基于電化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能的用途。與大規(guī)模地實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)之一是通常與燃料電池組件關(guān)聯(lián)的費(fèi)用。例如，催化劑層通常包括昂貴的材料，例如鉑。已經(jīng)存在用于減少所要求鉑的量從而減少與燃料電池關(guān)聯(lián)的成本的各種提議。
[0002]—個(gè)提議是使用包括貴金屬核的核-殼(core-shell)催化劑，其中所述貴金屬核具有沉積在核上的鉑殼。此類(lèi)核-殼催化劑被認(rèn)為對(duì)于例如低溫燃料電池是有前途的。根據(jù)一些提議，合成核-殼催化劑包括在鈀(或其它貴金屬)核上建立銅單層以及隨后以單層鉑替換所述銅。在這點(diǎn)上，與提議的技術(shù)關(guān)聯(lián)的一些挑戰(zhàn)包括在所述沉積過(guò)程期間避免鉑簇形成從而獲得具有所希望的特性的鉑單層?？刂沏K沉積過(guò)程所需的該類(lèi)型約束傾向于限制批量大小并且那可以有損于與利用核-殼催化劑關(guān)聯(lián)的任何經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一實(shí)施例，一種處理催化劑的材料的方法包括在多孔電極上建立電勢(shì)。核粒子被指引通過(guò)所述多孔電極。當(dāng)所述粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)，金屬層被沉積在所述核粒子上。
[0004]根據(jù)一實(shí)施例，一種用于處理催化劑的材料的示例組裝件包括箱體(housing)，其建立粒子移動(dòng)通過(guò)所述箱體的通道。多孔電極處于所述箱體內(nèi)以便允許核粒子的分散以移動(dòng)通過(guò)所述多孔電極。當(dāng)所述粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)，金屬層能夠被沉積在所述核粒子上。
[0005]從以下詳細(xì)說(shuō)明，至少一個(gè)所公開(kāi)實(shí)施例的各種特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。伴隨詳細(xì)說(shuō)明的附圖能夠被簡(jiǎn)要描述如下。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的配置用于實(shí)行處理催化劑的材料的方法的系統(tǒng)。
[0007]圖2示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括多孔電極的示例反應(yīng)器。
【具體實(shí)施方式】
[0008]圖1示意地示出系統(tǒng)20，其配置用于實(shí)行處理催化劑的材料的方法。系統(tǒng)20具有實(shí)現(xiàn)核-殼催化劑的用途，所述核-殼催化劑包括貴金屬(比如鈀)的殼上的鉑單層。系統(tǒng)20包括儲(chǔ)存器22，其包括核粒子、硫酸銅和硫酸(CuS04+H2S04)的溶液。儲(chǔ)存器22內(nèi)的溶液還包括選擇的貴金屬(比如鈀)的核粒子。在一個(gè)示例中，儲(chǔ)存器22內(nèi)的溶液包括濃度0.05M的硫酸銅和0.05M的硫酸。
[0009]在一些示例中，核粒子包括鈀或者選擇的貴金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，核粒子包括支撐在碳粒子上的鈀納米粒子。
[0010]栗24指引溶液從儲(chǔ)存器22至反應(yīng)器26，在那里銅單層沉積在核粒子上。一旦銅單層已經(jīng)被沉積在核粒子上，它們就被指引至替換腔28，在那里用鉑單層代替銅單層。
[0011]示出的示例中用鉑單層代替銅單層的反應(yīng)以通常已知的方式發(fā)生。例如，在30提供的溶液包括K2PtCl4+H2S04加添加劑，比如檸檬酸和檸檬酸鹽。在一個(gè)示例中，K2PtCl4具有濃度0.00謂，秘04具有濃度0.051以及添加劑濃度大于1(奶(:14的濃度的10倍。替換腔28內(nèi)的反應(yīng)可以被總結(jié)為Cu+Pt2+ = Cu2++Pt。
[0012]反應(yīng)器26被配置成促進(jìn)增大規(guī)模的在核-殼催化劑上獲得鉑單層的過(guò)程。如圖2中所示，反應(yīng)器26包括箱體40，比如玻璃管。多孔工作電極42被充電以及與導(dǎo)電的導(dǎo)線44關(guān)聯(lián)。多孔電極42處于箱體40內(nèi)。在此示例中，多孔電極42包括碳矩陣或晶格結(jié)構(gòu)。得益于本說(shuō)明書(shū)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到如何配置多孔碳矩陣，其允許當(dāng)溶液移動(dòng)通過(guò)反應(yīng)器26時(shí)包括核粒子的溶液穿過(guò)多孔工作電極42。
[0013]另一個(gè)多孔管46處于箱體40內(nèi)。多孔管46服務(wù)作為與導(dǎo)電的導(dǎo)線48關(guān)聯(lián)的對(duì)電極。本示例中提供參考電極50。這些電極便于在核粒子上沉積單層銅。當(dāng)包括核粒子的溶液移動(dòng)通過(guò)多孔工作電極42時(shí)，多孔碳矩陣與粒子之間的接觸提供電勢(shì)以便將銅沉積到粒子上。在一個(gè)示例中，核粒子包括碳，其具有支撐在碳上的鈀。如在60示意地示出的，包括核粒子的溶液流過(guò)反應(yīng)器26。多孔電極42具有沿流過(guò)反應(yīng)器26的方向的長(zhǎng)度，其便于在核粒子上建立銅的均勻的單層。
[0014]示出的示例包括排水道62，從而便于除去來(lái)自反應(yīng)器26的任何流體(如可能要求的)。
[0015]多孔工作電極42的一個(gè)特征是它便于以大批量數(shù)量在核粒子上獲得銅單層。在用于給催化劑核粒子鍍以單層銅的先前提議的置配可以已經(jīng)產(chǎn)出按克計(jì)量的結(jié)果時(shí)，示出的反應(yīng)器26產(chǎn)出按千克計(jì)量的結(jié)果。換言之，多孔電極反應(yīng)器配置使得增加生產(chǎn)量1000倍是可能的，這可以是使用其它銅沉積設(shè)備或者技術(shù)所已經(jīng)期望的。
[0016]所公開(kāi)的示例反應(yīng)器配置增強(qiáng)與利用核-殼催化劑材料關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟(jì)效果。實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的能力致使核-殼催化劑成為更有前途的對(duì)于純鉑的替代物，以用于制造在燃料電池或者其它基于電化學(xué)的能量產(chǎn)生裝置中使用的催化劑。
[0017]前述說(shuō)明實(shí)質(zhì)上是說(shuō)明性的而不是限制的。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，對(duì)所公開(kāi)示例的變化和修改可以變得顯而易見(jiàn)，而不一定脫離由所公開(kāi)的示例提供的對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)的本質(zhì)。提供給本發(fā)明的法律保護(hù)的范圍僅能夠通過(guò)學(xué)習(xí)隨附權(quán)利要求來(lái)確定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種處理催化劑的材料的方法，包括以下步驟: 在多孔電極上建立電勢(shì)； 指引核粒子通過(guò)所述多孔電極；以及 當(dāng)所述粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)，在所述核粒子上沉積金屬層。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述核粒子與所述多孔電極之間的接觸便于所述沉積。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述多孔電極具有沿當(dāng)所述核粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)所述核粒子行進(jìn)的方向的長(zhǎng)度；以及 選擇所述長(zhǎng)度來(lái)便于在所述核粒子上沉積所述金屬的均勻的單層。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述核粒子包括鈀；以及 所述金屬層包括銅。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述核粒子包括支撐在碳粒子上的鈀納米粒子。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層包括單層銅。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔電極包括碳。8.如權(quán)利要求1所述的方法，包括 將具有所沉積的金屬層的所述核粒子與包括鉑的溶液混合；以及 用鉑代替所沉積的金屬層，從而在所述核粒子上建立鉑單層。9.一種用于處理催化劑的材料的組裝件，所述組裝件包括: 箱體，其建立粒子移動(dòng)通過(guò)所述箱體的通道；以及 多孔電極，其處于所述箱體內(nèi)以便允許核粒子移動(dòng)通過(guò)所述多孔電極，由此當(dāng)所述粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)，金屬層能夠被沉積在所述核粒子上。10.如權(quán)利要求9所述的組裝件，其中 所述多孔電極具有沿當(dāng)所述核粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)所述核粒子行進(jìn)的方向的長(zhǎng)度；以及 選擇所述長(zhǎng)度來(lái)便于在所述核粒子上沉積所述金屬的均勻的單層。11.如權(quán)利要求9所述的組裝件，其中 所述核粒子包括鈀；以及 所述金屬層包括銅。12.如權(quán)利要求11所述的組裝件，其中所述核粒子包括支撐在碳粒子上的鈀納米粒子。13.如權(quán)利要求9所述的組裝件，其中所述多孔電極包括碳。14.如權(quán)利要求9所述的組裝件，其中所述金屬層包括單層銅。
【專(zhuān)利摘要】根據(jù)一實(shí)施例，一種處理催化劑的材料的方法包括在多孔電極上建立電勢(shì)。核粒子被指引通過(guò)所述多孔電極。當(dāng)所述粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)，金屬層被沉積在所述核粒子上。根據(jù)一實(shí)施例，一種用于處理催化劑的材料的示例組裝件包括箱體，其建立粒子移動(dòng)通過(guò)所述箱體的通道。多孔電極處于所述箱體內(nèi)以便允許核粒子移動(dòng)通過(guò)所述多孔電極。當(dāng)所述粒子穿過(guò)所述多孔電極時(shí)，金屬層能夠被沉積在所述核粒子上。
【IPC分類(lèi)】H01M4/86, H01M4/90
【公開(kāi)號(hào)】CN105612643
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380078331
【發(fā)明人】M·紹, J·W·魏德納, J·H·奧德?tīng)?
【申請(qǐng)人】奧迪股份公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2013年7月19日
【公告號(hào)】EP3022788A1, US20160172685, WO2015009311A1, WO2015009311A8