【】本发明涉及高温聚合物电解质膜燃料电池，尤其涉及一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极及其制备方法、以及应用了该耐饥饿膜电极的燃料电池。
背景技术
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背景技术：
1、在现有的高温聚合物电解质膜燃料电池中，通常是通过添加检测系统进一步控制气体含量以及使用活性高的催化剂、耐腐蚀的材料、水氧化催化剂以防碳腐蚀[1,2]。j.g.williams等[3]基于labview平台设计了一种自适应pid(比例-积分-微分)控制器，通入比指定功率所需燃料更多的燃料来防止燃料饥饿发生。该控制器利用递归最小二乘法进行模型参数的在线辨识，并根据辨识结果进行调整，使得在5秒内达到期望电压且无瞬时电池电压下降。p.e.m.almeida等[4]基于参数化小脑模型关节控制器，提出的神经最优控制，操纵氢气和空气流速，实现对电压的控制来缓解燃料饥饿。shawn litster等[5]使用采用13.0μm厚钛层作为阳极保护层保护铂黑阳极催化层，在燃料饥饿时表现电压每分钟损失0.049％，低于铂碳的每分钟电压损失15.2％。
2、然而，上述添加的额外的检测系统增加了成本，且pid控制策略未考虑pemfc(proton exchange membrane fuel cell，质子交换膜燃料电池)的时变特性。另外神经网络控制系统需要大量样本用于训练及验证，成本较高，训练时间长，成型周期长。同时，添加额外的钛层使得电池的功率密度下降。
3、参考文献：
4、[1]wang s,jiang s p.prospects of fuel cell technologies[j].nationalscience review,2017,4(2):163-166.
5、[2]hung c y,huang h s,tsai s w,et al.a purge strategy for protonexchange membrane fuel cells under varying-load operations[j].internationaljournal of hydrogen energy,2016,41(28):12369-12376.
6、[3]williams j g，liu g p，thanapalan k k t，et al.design andimplementation of on-line self-tuning control for pemfc[j].world electricvehicle journal，2008,2(4)：7-17.
7、[4]almeida p e m,simoes m g.neural optimal control of pem fuel cellswith parametric cmac networks[j].ieee transactions on industry applications,2005，41(1)：237-245.
8、[5]hu l,hong b k,oh j g,et al.reversal tolerant anodes usingprotective layers for highly robust automotive fuel cells[j].acs appliedenergy materials,2021,4(1):119-127.
9、鉴于此，实有必要提供一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极及制备方法以克服上述缺陷。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明的目的是提供一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极及制备方法、以及高温聚合物电解质膜燃料电池，旨在改善现有高温聚合物电解质膜燃料电池难以兼顾高功率密度和耐燃料饥饿性能的问题，从而降低了各方面的成本。
2、为了实现上述目的，本发明提供一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤s10：制备金属-绝缘体相变前驱体，其包括：
4、步骤s11：将氧化物溶解在甲醇中搅拌2-4小时；所述氧化物包括：vo(acac)2、wo3、v2o3、srtio3、laalo3、ca2ruo4、ca3ru2o7，ca2ruo4，hg2ru2o7中的一种或多种；
5、步骤s12：加入pvp、hcl和载体，超声处理1-2小时，搅拌4-6小时；所述载体包括：活性炭、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳气凝胶、碳黑、多孔碳中的一种或多种；
6、步骤s13：转移至反应釜140-160℃水热处理20-30小时降温后，用蒸馏水和乙醇清洗，离心2-4次，70-90℃干燥6-12小时；
7、步骤s14：研磨后，将粉末放入管式炉中，在ar气氛下以2℃min-1的速率在500-600℃下加热2-4小时，得到金属-绝缘体相变前驱体；
8、步骤s20：制备阳极催化层，其包括：
9、步骤s21：将金属-绝缘体相变前驱体分散在乙二醇溶液中，超声处理1-2小时，得到均匀溶液；
10、步骤s22：将贵金属盐水溶液加入到所述均匀溶液中，再搅拌1-2小时然后在120-150℃下油浴反应5-7小时；所述贵金属盐包括：铂盐、钯盐、铑盐、铱盐、钌盐中的一种或多种；
11、步骤s23：离心8-10min收集固体物，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后冷冻干燥20-24h收集，得到成品阳极催化层；
12、步骤s30：在燃料电池的阳极添加阳极催化层，得到耐饥饿膜电极。
13、在一个优选实施方式，在所述步骤s11中，每100mg所述氧化物溶解在10ml甲醇中。
14、在一个优选实施方式，在所述步骤s12中，每100mg所述氧化物，加入50mg pvp、1mlhcl和300mg所述载体。
15、在一个优选实施方式，hcl溶液的ph＝1。
16、在一个优选实施方式，在所述步骤s21中，每80mg金属-绝缘体相变前驱体分散在100ml乙二醇溶液中。
17、本发明还提供一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极，通过如上述实施方式任一项所述的制备方法制备而成。
18、本发明还提供一种高温聚合物电解质膜燃料电池，包括如上述实施方式所述的耐饥饿膜电极。
19、本发明提供的高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极及制备方法以及高温聚合物电解质膜燃料电池，其原理与有益效果如下：
20、(1)将vo2等氧化物包覆碳纳米管(cnt)等载体负载pt等贵金属纳米颗粒作为催化剂，利用hvo2与vo2高温下可逆的金属绝缘相变过程与ht-pemfc(高温质子交换膜燃料电池)工况突变匹配，通过vo2在高温下的储氢形成高导电性hvo2，在燃料饥饿工况下释放氢维持氢氧化反应(hor)的继续进行，生成的vo2导电性下降抑制反极orr(氧还原反应)和cor(碳腐蚀反应)，从而提高ht-pemfc的功率密度和耐燃料饥饿性能；
21、(2)直接在阳极pt/c催化层中添加具有可逆储氢特性的vo2，将催化剂可逆的金属绝缘相变过程与ht-pemfc工况突变匹配，提高ht-pemfc的耐燃料饥饿性能；
22、(3)利用vo2与ht-pemfc工况温度匹配和可逆的氢储存/释放能力，以调控pt电荷状态，增加阳极铂催化剂的活性，提高ht-pemfc的功率密度。同时，vo2与金属相hvo2的可逆转变，在燃料饥饿情况下释放出晶胞中的氢提高ht-pemfc的耐燃料饥饿性能。
1.一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极的制备方法，其特征在于，在所述步骤s11中，每100mg所述氧化物溶解在10ml甲醇中。
3.如权利要求2所述的高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极的制备方法，其特征在于，在所述步骤s12中，每100mg所述氧化物，加入50mg pvp、1ml hcl和300mg所述载体。
4.如权利要求3所述的高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极的制备方法，其特征在于，hcl溶液的ph＝1。
5.如权利要求3所述的高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极的制备方法，其特征在于，在所述步骤s21中，每80mg金属-绝缘体相变前驱体分散在100ml乙二醇溶液中。
6.一种高温聚合物电解质膜燃料电池的耐饥饿膜电极，其特征在于，通过如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备而成。
7.一种高温聚合物电解质膜燃料电池，其特征在于，包括如权利要求6所述的耐饥饿膜电极。
