專利名稱：：用于燃料電池電極的導(dǎo)電基質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及低溫酸性和堿性燃料電池，比如在各電池里都使用了固體聚合物電解質(zhì)膜的那些，其在膜的每側(cè)都具有包含催化劑的電極。更具體地，本發(fā)明涉及用于上述電池的電極元件，其中該電極包括與非傳導(dǎo)性催化劑載體顆粒結(jié)合使用的導(dǎo)電性的，金屬化合物基質(zhì)顆粒。
背景技術(shù)：
：燃料電池是被開發(fā)用來產(chǎn)生動(dòng)力(motive)和固定電能的電化學(xué)電池。一種燃料電池設(shè)計(jì)使用固體聚合物電解質(zhì)(SPE)膜或者質(zhì)子交換膜(PEM),以在陽極和陰極之間提供離子轉(zhuǎn)移。使用了能提供質(zhì)子的氣態(tài)和液態(tài)燃料。例子包括氬和曱醇，氫更受歡迎。氫供應(yīng)給燃料電池的陽極，氧(作為空氣)作為電池的氧化劑并被供應(yīng)到電池的陰極。電極由多孔導(dǎo)電材料(如織造石墨、石墨化片或者碳紙)形成，以使燃料可以分散在面向燃料供應(yīng)電極的膜表面上。每個(gè)電極都承載了經(jīng)過細(xì)碎的、負(fù)載在碳顆粒上的催化劑顆粒(如鉑顆粒)，以促進(jìn)氬在陽極的離子化和氧在陰極的還原。質(zhì)子從陽極流經(jīng)離子傳導(dǎo)性的聚合物膜到達(dá)陰極，在那里他們與氧結(jié)合形成水，水從電池里排出。導(dǎo)體板移走在陽極形成的電子。目前，PEM燃料電池的現(xiàn)有技術(shù)使用由一種或多種全氟化的離聚物(如杜邦公司的Nafion⑧)制備的膜。這種離聚物帶有可電離的側(cè)基(如磺酸鹽基團(tuán))以從陽極經(jīng)膜向陰極傳輸質(zhì)子。一個(gè)阻礙大規(guī)模實(shí)施燃料電池技術(shù)的重大問題是在延長運(yùn)行中和在的損失。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)PEM燃料電池的相當(dāng)一部分與氧還原電極催化劑的退化有關(guān)。這種退化可能是由于鉑顆粒的生長、鉑顆粒的溶解和碳載體材料的腐蝕而引起。電池里磺酸鹽基團(tuán)和水的存在產(chǎn)生了酸性環(huán)境，這種環(huán)境促使了各電池的電極中的上述變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在電勢高于1.2V時(shí)，碳會(huì)被嚴(yán)重腐蝕，和當(dāng)電勢低于1.2V時(shí)，在碳表面加入柏顆粒顯著增大腐蝕速率。這些過程導(dǎo)致柏催化劑活性表面積的損失，這又導(dǎo)致氧電極性能的損失。然而，循環(huán)實(shí)驗(yàn)顯示僅僅是氫吸附面積的損失并不能解釋氧性能的損失。其他因素包括來自于吸附的OH物質(zhì)的干擾和吸附的OH物質(zhì)的可能的位置交換(這可以改變鉑催化劑對氧還原的電催化性質(zhì))。因此，鉑與催化劑負(fù)載體的特定相互作用可對鉑電催化劑性能的穩(wěn)定性有巨大影響。從電池電極去除碳和應(yīng)用其他催化劑載體材料和其他導(dǎo)電性基質(zhì)材料是合意的。發(fā)明筒述按照本發(fā)明的一方面，鉑或其他催化劑材料負(fù)載在非導(dǎo)電性、高表面積的金屬氧化物上，如氧化鈦(Ti02)。然后，在本發(fā)明的另一方面中，該披柏氧化鈦與導(dǎo)電、抗腐蝕的納米尺寸的合適的金屬化合物的基質(zhì)顆?；旌?。這些金屬化合物包括一種或多種非金屬元素硼、碳、氮或硅。例如，鈷、鉻、鉬、釹、鎳、鈮、鉭、鈦、鵠、釩和鋯的硼化物、碳化物、氮化物和硅化物表現(xiàn)出與金屬類似的導(dǎo)電性(即電阻率在3-300nncm之間)和突出的抗化學(xué)氧化性和耐腐蝕性。這些有用的化合物包括，如Co2B、Co3B、Cr2B、CrB、Cr5B3、CrB2、MoB、Mo2B、Mo2B5、NbB、NbB2、NbB6、NiB、Ni2B、Ni3B、TaB、TaB2、TiB2、VB、VB2、W2B、WB、WB2、W2B5、ZrB2、ZrB12;Co2C、Cr3C2、NbC、Nb2C、TiC、VC、WC、ZrC;Co2N、CrN、Cr2N、NbN、TiN、VN、WN、TaN、ZrN、CoSi2、CrSi2、Cr5Si3、MoSi2、Mo5Si3、Ni2Si、NiSi2、NbSi2、Nb5Si3、TaSi2、TiSi2、TiSi、Ti5Si3、V3Si、VSi2、WSi2、W5Si3和ZrSi2。這些金屬化合物經(jīng)常包含作為雜質(zhì)的氧元素，如果保持了載體材料的合適導(dǎo)電性，該氧元素是可容許的?？梢允褂脝蝹€(gè)化合物和可以以不同比例使用這些化合物的混合物。就在碳氮化合物中而言，該金屬化合物可以包含非金屬元素的組合。而且該金屬化合物可以包括額外的非金屬元素如在金屬硼氧化物、碳氧化物和氮氧化物中的氧元素，只要它們在電池中提供合適的導(dǎo)電性和耐久性即可。一種和多種這些金屬化合物適合于在含負(fù)載的催化劑的燃料電池電極膜中作為顆粒狀導(dǎo)電基質(zhì)材料。這樣，在氫-氧燃料電池堆中的每個(gè)電池中的膜電極組合件將包括合適的質(zhì)子交換膜，在該膜一側(cè)上具有薄的氫氧化陽極，在另一側(cè)上具有氧還原陰極。在至少該陰極中，或在兩個(gè)電極中，該催化劑被負(fù)載在非傳導(dǎo)性金屬氧化物顆粒上，該非傳導(dǎo)性金屬氧化物顆粒緊密地與上述傳導(dǎo)性金屬化合物基質(zhì)顆?；旌稀＜{米尺寸的傳導(dǎo)性金屬化合物顆粒為優(yōu)選的。金屬氧化物催化劑載體顆粒和金屬化合物基質(zhì)顆粒的結(jié)合可以在電池中產(chǎn)生耐用的和優(yōu)良性能的電極。這些催化電極、導(dǎo)電性基質(zhì)材料，特別是納米尺寸的顆粒的獨(dú)特性質(zhì)可以產(chǎn)生增強(qiáng)的催化行為以及增加的燃料電池電極的耐久性。作為特定實(shí)例，該燃料電池陰極包括沉積在高表面積納米尺寸的二氧化鈦顆粒上的催化性鉑顆粒，且這些非導(dǎo)電性氧化物載體顆粒與導(dǎo)電性、耐腐蝕性納米尺寸氮化鈦或硅化鈦基質(zhì)顆?；旌?。該二氧化鈦顆粒促進(jìn)了與它們負(fù)載的鉑顆粒的強(qiáng)相互作用，且該氮化鈦和硅化鈦基質(zhì)顆粒賦予電極以導(dǎo)電性。該載體材料和基質(zhì)材料在電勢循環(huán)中都阻止電極性能的退化。°C)酸性和堿性燃料電池中。本發(fā)明的其他目的與優(yōu)點(diǎn)可以在隨后的示例性優(yōu)選實(shí)施方案的描述中變得更加明顯。附圖筒述圖1是用在組裝燃料電池堆里的每塊電池中的固體聚合物膜電解質(zhì)和電極組合件(MEA)結(jié)合的示意圖。圖2是圖1的MEA的放大的非整體的截面圖。圖3是相對質(zhì)量損失與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系圖，對于(i)沉積在碳上的基準(zhǔn)商業(yè)性鉑催化劑(實(shí)心圓)，對于(ii)沉積在納米尺寸氧化鈦載體顆粒上的鉑催化劑(實(shí)心倒三角)，和對于根據(jù)本發(fā)明的催化劑，也即在下面幾種導(dǎo)電性基質(zhì)中沉積在納米尺寸氧化鈦載體顆粒上柏催化劑(iii)碳(實(shí)心方塊)，(iv)TiN(實(shí)心向上三角形)，和(v)TiS2(實(shí)心菱形)。優(yōu)選實(shí)施方案描述授予本發(fā)明的受讓人的許多美國專利描述了含有固體聚合物電解質(zhì)膜裝置和電極組合件的電化學(xué)燃料電池組合件。例如，US6277513的圖1-4包含了這樣的描述，該專利的說明書和附圖作為參考被包括到本說明書里。本申請的圖1說明作為在'513專利中圖1所說明的電化學(xué)電池一部分的膜電極組合件IO。參考本說明書圖l，膜電極組合件10包括陽極12和陰極14。例如，在氬/氧(空氣)燃料電池里，氫在陽極12被氧化成H+(質(zhì)子)，而氧則在陰極14被還原為水。圖2提供了在圖1中所示的膜電極組合件的放大的、不完整橫截面視圖。在圖2里，陽極12和陰極14被施加在質(zhì)子交換膜16的相對側(cè)(分別是側(cè)面32、側(cè)面30)。PEM16可適當(dāng)?shù)貫橛扇x聚物(如杜邦公司的Nafion)制備的膜。膜的離聚物分子帶有可離子化側(cè)基(如磺酸鹽基團(tuán))，以便從被施加在膜16的底表面32的陽極12穿過膜向被施加在膜16頂表面30的陰極14轉(zhuǎn)移質(zhì)子。在示例性電池中，聚合物電解質(zhì)膜可具有100mmx100mmx0.05mm的尺寸。正如將被描述的，陽極12和陰極14都是油墨制備的多孔電極元件并且通過貼花法直接施加到PEM16的相對表面30、32上。根據(jù)本發(fā)明，陰極14適當(dāng)?shù)匕{米尺寸的金屬氧化物(例如氧化鈦)催化劑載體顆粒18。納米尺寸包含直徑或最大尺寸在大約1至大約100nm范圍之間的顆粒。該金屬氧化物催化劑載體顆粒18載有針對氧的還原催化劑(例如鉑)的較小顆粒20。該披鉑的氧化鈦載體顆粒18與合適金屬化合物如氮化鈦(或硅化鈦或碳化鈦)的導(dǎo)電的基質(zhì)顆粒19緊密地混合。披鉑的金屬氧化物載體顆粒18和導(dǎo)電性金屬化合物基質(zhì)顆粒19都鑲嵌在合適的粘接材料22中。在該實(shí)施方案中，該粘結(jié)材料22適宜的是類似聚合物電解質(zhì)膜16材料的全氟化的離聚物材料，該全氟離聚物粘結(jié)材料22傳導(dǎo)質(zhì)子，但是它不是電子傳導(dǎo)體。相應(yīng)地，足夠數(shù)量的導(dǎo)電性金屬化合物基質(zhì)顆粒被結(jié)合到陰極14中，使得電極具有合適的導(dǎo)電性。承載鉑顆粒20的催化劑載體顆粒18,導(dǎo)電性金屬化合物基質(zhì)顆粒19，和電極粘結(jié)材料22的顆粒的配制混合物懸浮在合適揮發(fā)性液態(tài)介質(zhì)中并施加到質(zhì)子交換膜16的表面30上。該介質(zhì)通過蒸發(fā)被去除且該干燥后的陰極14材料進(jìn)一步被壓制和烘烤進(jìn)入PEM16的表面30以形成陰極16。與現(xiàn)有技術(shù)的膜電極組合件相比，組合件10包含負(fù)載于納米尺寸的、高表面積氧化鈦顆粒，而不是負(fù)載于傳導(dǎo)性碳載體顆粒上的鉑催化劑20。在陰極16中的導(dǎo)電性由合適耐用的和導(dǎo)電性金屬化合物的基質(zhì)顆粒19提供。在該實(shí)施例中，氮化鈦顆粒19替代在陰極14中所有不是催化劑載體顆粒的碳導(dǎo)電材料。在本發(fā)明圖2實(shí)施方案中，陽極12由與陰極14相同的材料構(gòu)成。但是陽極12可以使用碳負(fù)載顆粒或基質(zhì)顆?；騻鲗?dǎo)性金屬化合物基質(zhì)顆粒和金屬氧化物催化劑載體顆粒的不同組合。在圖2實(shí)施方案中使用了氮化鈦傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒(或二硅化鈦顆粒)19。但是，金屬如鉻、鈷、鉬、釹、鎳、鈮、鉭、鈦、鉤、釩或鋯的不同的碳化物、硼化物、氮化物、硅化物、硼氧化物、碳氧化物、氮氧化物或碳氮化物可以在合適的地方被取代。而且該傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒可以包含上述金屬化合物的兩種或多種混合物。如上所述，用確定的化合物代替在膜電極組合件中的碳的目的是提高電池的有效壽命。在用于汽車用途的燃料電池的負(fù)載循環(huán)和不緩和的停-動(dòng)循環(huán)期間(在此，陰極電勢可以變化到超過1.4V)，催化劑的氧還原性能可以因之得到穩(wěn)定。碳的腐蝕是制約現(xiàn)有燃料電池陰極有用壽命的主要因素。但是該燃料電池電極的壽命通過合適的金屬與硼、碳、氮、或硅(和氧)的至少一種的傳導(dǎo)性化合物顆粒代替?zhèn)鲗?dǎo)性碳基質(zhì)材料而得以改善。同樣如上所述，上面列舉的金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物和金屬硅化物顯示了類似于金屬的導(dǎo)電性(即電阻率在3-300^iQcm之間)和突出的抗化學(xué)氧化和耐腐蝕性。這些材料(特別是作為納米尺寸顆粒時(shí))的獨(dú)特的和有用的性質(zhì)，能導(dǎo)致提高催化行為以及增加燃料電池電才及耐久性。在室溫下，在0.5M的硫酸水溶液中對于幾種這些材料的化學(xué)腐蝕速率列于表1中。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在本發(fā)明一個(gè)說明性的實(shí)施方案中，獲得了1OOnm顆粒尺寸的具有20mVg的比表面積的氮化鈦粉末，并被用作傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒。在本發(fā)明另一個(gè)說明性的實(shí)施方案中使用一種具有0.5m2/g的比表面積的微米顆粒尺寸二硅化鈦粉末。在本發(fā)明的其它說明性的實(shí)施方案中使用VulcanXC-72R碳(比表面積為230m2/g)。制備包含沉積于二氧化鈦(Ti02,二氧化鈦)上的鉑顆粒的催化劑。該制備包括，在存在一氧化碳的條件下，用肼還原氯鉑酸以在IOOnm顆粒尺寸的二氧化鈥顆粒上制備鉑納米顆粒。特別地，1.00g的TiO2(50m7g)與在170ml水中的1.80g}^^16混合。pH值用1MNaOH調(diào)節(jié)到5，并將混合物用超聲波作用15分鐘。然后，在C0經(jīng)過溶液以200sccm冒泡15分鐘的同時(shí)攪拌該混合物。將10毫升的含有0.21g胼水化物的溶液滴加到反應(yīng)混合物中，CO鼓泡持續(xù)一個(gè)小時(shí)。然后，C0流量減小到50scctn,并且讓混合物持續(xù)反應(yīng)16個(gè)小時(shí)。非常小的鉑顆粒(平均3.2體)沉積在納米尺寸的碳化鈦顆粒上。過濾并用大量水洗滌該負(fù)載的催化劑產(chǎn)物，然后對催化劑進(jìn)行風(fēng)千。在真空下于室溫實(shí)現(xiàn)最終干燥。鉑催化劑具有30m7g的氫吸附面積。通過混合幾種50:50的32。/。Pt/Ti02催化劑顆粒與VulcanXC-72R碳、TiN和TiSi2的基質(zhì)顆粒的混合物和10%Teflon粘合劑，經(jīng)輥漿法(rollandpastemethod)制備厚月莫(大約0.1mm厚度)。然后通過^口下方式制備小球形狀的工作電極以1.6噸/cn^的壓力將從這些片材切出的圓盤(直徑為大約9mm)壓制到金制集電器上。相似地，從Pt/Ti02和10%Teflon粘合劑以及在VulcanXC-72R碳上含有47wt%柏的市售柏催化劑制備厚膜，并如上所述由這些薄片制備制備基準(zhǔn)電極。這些電才及的耐久性通過測量在在0-1.2V/rhe的電勢限值內(nèi)以10mV/s進(jìn)行的延長電勢循環(huán)期間的質(zhì)量變化來評(píng)估。該結(jié)果數(shù)據(jù)總結(jié)于圖3中。每200次循環(huán)后，經(jīng)過沖洗和在去離子蒸餾水中浸泡后再通過真空爐干燥后稱量質(zhì)量。循環(huán)在每次稱重操作后重新啟動(dòng)。每個(gè)小球電極以恒定的掃描速率10mV/s在3-電極電池中進(jìn)行循環(huán)，該3-電極電池包括工作電極、碳反電極和密封氫參比電極。在整個(gè)試驗(yàn)期間，該電池用溫度恒定在80。C的0.5M的硫酸水溶液充滿，并且運(yùn)用氬氣冒泡經(jīng)過電極進(jìn)行除氣。應(yīng)注意，與由沉積于碳上的鉑制成的基準(zhǔn)催化劑相比，對于由Pt/Ti〇2催化劑和導(dǎo)電性基質(zhì)材料制成的電極的質(zhì)量都減少。出于實(shí)例例舉目的，已經(jīng)描述了在氮化鈦基質(zhì)和二硅化鈦基質(zhì)中^皮柏二氧化鈦的組合作為燃料電池電極材料。但是一般在非傳導(dǎo)的金屬氧化物載體上應(yīng)用催化劑金屬(貴金屬、貴金屬與其他金屬的合金和非貴金屬催化劑)是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。并且，使用所述帶有其他導(dǎo)電性的耐酸/堿的金屬化合物基質(zhì)材料的負(fù)載催化劑是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。合適的傳導(dǎo)性基質(zhì)材料包括合適金屬元素與一種或多種非金屬元素結(jié)合的一種或多種金屬化合物，所述非金屬元素為硼、碳、氮和硅。在金屬化合物中這些非金屬元素可以與氧進(jìn)行結(jié)合。本發(fā)明適用于低溫(在低于大約2Q0。C運(yùn)行)酸性和堿性燃料電池。權(quán)利要求1.一種燃料電池，包括夾在陽極和陰極之間的聚合物電解質(zhì)膜；陰極和陽極的至少一個(gè)，其包括載于在傳導(dǎo)性顆粒基質(zhì)中的非傳導(dǎo)性催化劑載體顆粒之上的催化劑顆粒，該傳導(dǎo)性基質(zhì)顆?；旧嫌砂x自硼、碳、氮或硅的非金屬元素的金屬化合物構(gòu)成，該金屬化合物具有小于300μΩcm的電阻率。2.權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒基本上由金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硅化物、金屬硼氧化物、金屬碳氧化物、金屬氮氧化物、或金屬碳氮化物中的至少一種構(gòu)成。3.權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述傳導(dǎo)性顆?；旧嫌砂x自鉻、鈷、鉬、釹、鎳、鈮、鉭、鈦、鎢、釩和鋯的金屬的金屬化合物構(gòu)成。4.權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述金屬基質(zhì)顆?；旧嫌蛇x自Co2B、Co3B、Cr2B、CrB、Cr5B3、CrB2、MoB、Mo2B、Mo2B5、NbB、NbB2、NbB6、NiB、Ni2B、Ni3B、TaB、TaB2、TiB2、VB、VB2、W2BWB、WB2、W2B5、ZrB2、ZrB12;Co2C、Cr3C2、NbC、Nb2C、TiC、VC、WC、ZrC;Co2N、CrN、Cr2N、NbN、TiN、VN、麗、TaN、ZrN、CoSi2、CrSi2、Cr5Si3、MoSi2、Mo5Si3、Ni2Si、NiSi2、NbSi2、Nb5Si3、TaSi2、TiSi2、TiSi、Ti5Si3、V3Si、VSi2、WSi2、WsSi3和ZrSi2的至少一種金屬化合物構(gòu)成。5.—種酸性或堿性燃料電池，其在溫度不高于大約120。C運(yùn)行，并包括夾在陽極和氧-還原陰極之間的聚合物電解質(zhì)膜；氧-還原陰極，其包括載于在傳導(dǎo)性顆?；|(zhì)中的非傳導(dǎo)性催化劑載體顆粒之上的氧-還原催化劑顆粒，該傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒基本上由金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硅化物、金屬硼氧化物、金屬碳氧化物、金屬氮氧化物、或金屬碳氮化物的至少一種構(gòu)成。6.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒，該傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒包含選自鉻、鈷、鉬、釹、鎳、鈮、鉭、鈦、鶴、釩和4告的一種或多種金屬元素。7.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒，該傳導(dǎo)性基質(zhì)顆?；旧嫌蛇x自Co2B、Co3B、Cr2B、CrB、Cr5B3、CrB2、MoB、Mo2B、Mo2B5、NbB、NbB2、NbB6、NiB、Ni2B、Ni3B、TaB、TaB2、TiB2、VB、VB2、W2BWB、WB2、W2B5、ZrB2、ZrB12;Co2C、Cr3C2、NbC、Nb2C、TiC、VC、WC、ZrC;Co2N、CrN、Cr2N、NbN、TiN、VN、，、TaN、ZrN、CoSi2、CrSi2、Cr5Si3、MoSi2、Mo5Si3、Ni2Si、NiSi2、NbSi2、Nb5Si3、TaSi2、TiSi2、TiSi、Ti5Si3、V3Si、VSi2、WSi2、V^Si3和ZrSi2的至少一種金屬化合物構(gòu)成。8.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含用于氧還原的、載于金屬氧化物載體顆粒上的催化劑，該催化劑為選自貴金屬和鉑與非貴金屬的合金的材料。9.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，該氧-還原陰極包含載于金屬氧化物上的貴金屬和基本上由選自鉻、鈷、鉬、釹、鎳、鈮、鉭、鈦、鎢、釩和鋯中的至少一種金屬的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼氧化物、碳氧化物、氮氧化物、或碳氮化物中的至少一種構(gòu)成的傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒。10.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含選自(i)一種或多種貴金屬，(ii)鉑與非貴金屬的合金，或(iii)非貴金屬氧化物還原催化劑之一的材料，其中該催化劑顆粒載于金屬氧化物顆粒上；而且該傳導(dǎo)性基質(zhì)顆?；旧嫌蛇x自Co2B、Co3B、Cr2B、CrB、Cr5B3、CrB2、MoB、Mo2B、Mo2B5、NbB、NbB2、NbB6、NiB、Ni2B、Ni3B、TaB、TaB2、TiB2、VB、VB2、W2BWB、WB2、W2B5、ZrB2、ZrB12;Co2C、Cr3C2、NbC、Nb2C、TiC、VC、WC、ZrC;Co2N、CrN、Cr2N、NbN、TiN、VN、WN、TaN、ZrN、CoSi2、CrSi2、Cr5Si3、MoSi2、Mo5Si3、Ni2Si、NiSi2、NbSi2、Nb5Si3、TaSi2、TiSi2、TiSi、Ti5Si3、V3Si、VSi2、WSi2、W5S#ZrSi2的金屬化合物的至少一種構(gòu)成。11.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含載于二氧化鈦載體顆粒上的鉑，和所述傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒基本上由金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硅化物的至少一種構(gòu)成。12.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含載于二氧化鈦上的柏，和所述傳導(dǎo)性基質(zhì)顆?；旧嫌蛇x自Co2B、Co3B、Cr2B、CrB、Cr5B3、CrB2、MoB、Mo2B、Mo2B5、NbB、NbB2、NbB6、NiB、Ni2B、Ni3B、TaB、TaB2、TiB2、VB、VB2、W2BWB、WB2、W2B5、ZrB2、ZrB12;Co2C、Cr3C2、NbC、Nb2C、TiC、VC、WC、ZrC;Co2N、CrN、Cr2N、NbN、TiN、VN、WN、TaN、ZrN、CoSi2、CrSi2、Cr5Si3、MoSi2、Mo5Si3、Ni2Si、NiSi2、NbSi2、Nb5Si3、TaSi2、TiSi2、TiSi、Ti5Si3、V3Si、VSi2、WSi2、W5Si3和ZrSi2的金屬化合物的至少一種構(gòu)成。13.權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述氧-還原陰極包含載于二氧化鈦載體顆粒上的鉑，和傳導(dǎo)性基質(zhì)顆粒包含氮化鈦和硅化鈦的至少一種。14.一種燃料電池，包括夾在氫-氧化陽極和氧-還原陰極之間的聚合物電解質(zhì)膜；氬-氧化陽極，其包括載于在傳導(dǎo)性金屬化合物顆?；|(zhì)中的非傳導(dǎo)性催化劑載體顆粒上的氫-氧化催化劑顆粒，該傳導(dǎo)性金屬化合物顆粒基本上由金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硅化物、金屬硼氧化物、金屬碳氧化物、金屬氮氧化物、或金屬碳氮化物中的至少一種構(gòu)成；和氧-還原陰極，其包括載于在傳導(dǎo)性金屬化合物顆?；|(zhì)中的非傳導(dǎo)性催化劑載體顆粒上的氧-還原催化劑顆粒，該傳導(dǎo)性金屬化合物顆?；旧嫌山饘倥鸹?、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硅化物、金屬硼氧化物、金屬碳氧化物、氮氧化物、或金屬碳氮化物中的至少一種構(gòu)成。全文摘要通過用傳導(dǎo)性金屬化合物顆粒替換電極中的傳導(dǎo)性碳基質(zhì)材料來改善具有聚合物電介質(zhì)膜的燃料電池的耐久性。該電極包括負(fù)載在納米尺寸的金屬氧化物和導(dǎo)電性納米尺寸的金屬化合物基質(zhì)顆粒上的催化劑。金屬如鈷、鉻、鎳、鉬、釹、鈮、鉭、鈦、鎢、釩和鋯的金屬化合物比如硼化物、碳化物、氮化物、硫化物、碳氮化物、硼氧化物、碳氧化物或氮氧化物的一種或多種是合適的。例如，混合在傳導(dǎo)性碳化鈦顆?；|(zhì)中的沉積于二氧化鈦載體顆粒上的鉑顆粒的組合提供了具有好的氧還原能力和在酸性環(huán)境中好的耐腐蝕性的電極。文檔編號(hào)H01M4/86GK101171712SQ200680015256公開日2008年4月30日申請日期2006年5月3日優(yōu)先權(quán)日2005年5月4日發(fā)明者B·梅爾佐圭,I·C·哈拉萊,M·K·卡彭特,S·斯瓦迪拉延申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司