專利名稱：燃料電池用電極和膜電極接合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池用電極和膜電極接合體。進(jìn)一步詳細(xì)而言，本發(fā)明涉及能夠抑制催化劑顆粒的溶出、并且抑制燃料電池在高電流密度下運(yùn)轉(zhuǎn)時的性能降低的燃料電池用電極和膜電極接合體。
背景技術(shù)：
迄今，已提出了如下的陰極電極:其為包含催化劑、陰離子傳導(dǎo)聚合物和陽離子傳導(dǎo)聚合物的固體聚合物燃料電池用的陰極電極，陰離子傳導(dǎo)聚合物與陽離子傳導(dǎo)聚合物之間的界面被完全配置在陰極電極中，并且該催化劑埋在該陰離子傳導(dǎo)聚合物中(參見專利文獻(xiàn)I。)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特許第4334222號

發(fā)明內(nèi)容
_6] 發(fā)明要解決的問題然而，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的陰極電極中，僅用陰離子傳導(dǎo)聚合物對催化劑整體進(jìn)行被覆，未對其被覆結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分研究，因此未能充分利用所添加的催化劑，燃料電池在高電流密度下運(yùn)轉(zhuǎn)時會存在輸出性能不充分的問題。本發(fā)明是鑒于這種現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題而做出的。而且，其目的在于提供抑制催化劑顆粒的溶出、并且燃料電池在高電流密度選運(yùn)轉(zhuǎn)時能夠充分發(fā)揮所添加的催化劑的功能的燃料電池用電極和膜電極接合體。
_9] 用于解決問題的方案本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的而反復(fù)進(jìn)行了深入研究。而且，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使具有陰離子傳導(dǎo)性的離子導(dǎo)體和具有陽離子傳導(dǎo)性的離子導(dǎo)體構(gòu)成規(guī)定的配置等能夠達(dá)到上述目的，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明的燃料電池用電極含有電極材料，所述電極材料包含將催化劑顆粒負(fù)載在導(dǎo)電性載體上而成的電極催化劑、以及被覆該電極催化劑的具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體和具有陽離子傳導(dǎo)性的第2離子導(dǎo)體，該第I離子導(dǎo)體以被覆該催化劑顆粒的方式配置，并且該第2離子導(dǎo)體以被覆該第I離子導(dǎo)體和該導(dǎo)電性載體的露出部分的方式配置。本發(fā)明的膜電極接合體將上述本發(fā)明的燃料電池用電極用于陽極和陰極中的至少一方。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在含有包含將催化劑顆粒負(fù)載在導(dǎo)電性載體上而成的電極催化劑、以及被覆該電極催化劑的具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體和具有陽離子傳導(dǎo)性的第2離子導(dǎo)體的電極材料的燃料電池用電極中，由于第I離子導(dǎo)體以被覆催化劑顆粒的方式配置，并且第2離子導(dǎo)體以被覆第I離子導(dǎo)體和導(dǎo)電性載體的露出部分的方式配置等，因此可以提供抑制催化劑顆粒的溶出、并且抑制燃料電池在高電流密度下運(yùn)轉(zhuǎn)時的性能降低的、高電流密度的燃料電池用電極和膜電極接合體。


圖1是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的燃料電池用電極的一個例子的一部分的說明圖。圖2是示出陽極的反應(yīng)機(jī)理的說明圖。圖3是示出陰極的反應(yīng)機(jī)理的說明圖。圖4是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的膜電極接合體的一個例子的說明圖。圖5是示出低加濕條件下相對于各電流密度的電池電壓和電阻的測定結(jié)果的圖表。圖6是示出高加濕條件下相對于各電流密度的電池電壓和電阻的測定結(jié)果的圖表。圖7是示出以可逆氫電極為基準(zhǔn)的循環(huán)伏安圖的圖表。
具體實(shí)施例方式以下邊參照附圖邊詳細(xì)說明本發(fā)明的一個實(shí)施方式的燃料電池用電極。圖1是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的燃料電池用電極的一個例子的一部分的說明圖。如該圖所示，本實(shí)施方式的燃料電池用電極含有電極材料10，所述電極材料10包含將催化劑顆粒2負(fù)載在導(dǎo)電性載體4上而成的電極催化劑、以及被覆該電極催化劑的具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體6和具有陽離子傳導(dǎo)性的第2離子導(dǎo)體8。此外，第I離子導(dǎo)體6以被覆催化劑顆粒2的方式配置，并且第2離子導(dǎo)體8以被覆第I離子導(dǎo)體6和導(dǎo)電性載體4的露出部分的方式配置。而且，通過采用這種構(gòu)成，催化劑顆粒的附近被由具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體所形成的薄于以往的層被覆，其他部分被具有陽離子傳導(dǎo)性的第2離子導(dǎo)體被覆。由此，與通過具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體對催化劑顆粒和導(dǎo)電性載體的整體進(jìn)行被覆的現(xiàn)有的電極相比，可以抑制燃料電池在高電流密度下運(yùn)轉(zhuǎn)時的電阻增大這一性能降低，可以維持電流密度較高。此外，由于將催化劑顆粒的附近用具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體被覆，催化劑顆粒的附近處于堿性環(huán)境下，可以抑制催化劑顆粒(例如鉬等)的溶解，可以提高耐久性。進(jìn)而，由于將催化劑顆粒的附近用具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體被覆，因此催化劑顆粒的附近處于堿性環(huán)境下，可以使用鎳等過渡金屬作為催化劑顆粒。由此，催化劑顆粒的低鉬化、非鉬化成為可能。由此，催化劑種類的選項(xiàng)增加，能夠削減成本。此外，由于將催化劑顆粒的附近用具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體被覆，因此催化劑顆粒的附近處于堿性環(huán)境下且其他部分處于酸性環(huán)境下，水循環(huán)在催化劑附近進(jìn)行，可以改變水平衡。進(jìn)而，從進(jìn)一步提高上述這種效果的角度來看，理想的是，第I離子導(dǎo)體與催化劑顆粒接觸配置，第2離子導(dǎo)體與第I離子導(dǎo)體和導(dǎo)電性載體接觸配置。
再者，從更進(jìn)一步提高上述這種效果的角度來看，優(yōu)選的是，第I離子導(dǎo)體的平均被覆厚度為0.5nm以上且5nm以下。在這里，平均被覆厚度(\__)由下述(I)式算出。[數(shù)學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用電極，其特征在于，其含有電極材料，所述電極材料包含將催化劑顆粒負(fù)載在導(dǎo)電性載體上而成的電極催化劑、以及被覆該電極催化劑的具有陰離子傳導(dǎo)性的第I離子導(dǎo)體和具有陽離子傳導(dǎo)性的第2離子導(dǎo)體， 所述第I離子導(dǎo)體以被覆所述催化劑顆粒的方式配置，并且所述第2離子導(dǎo)體以被覆所述第I離子導(dǎo)體和所述導(dǎo)電性載體的露出部分的方式配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用電極，其特征在于，所述第I離子導(dǎo)體與所述催化劑顆粒接觸配置，并且所述第2離子導(dǎo)體與所述第I離子導(dǎo)體和所述導(dǎo)電性載體接觸配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池用電極，其特征在于，所述第I離子導(dǎo)體和所述第2離子導(dǎo)體為離子傳導(dǎo)性聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的燃料電池用電極，其特征在于，所述第I離子導(dǎo)體具有氫氧離子傳導(dǎo)性，所述第2離子導(dǎo)體具有氫離子傳導(dǎo)性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的燃料電池用電極，其特征在于，所述催化劑顆粒含有選自由包含如下至少一種元素的單質(zhì)、合金、氧化物、氮化物、碳化物、金屬絡(luò)合物以及它們的復(fù)合物組成的組中的至少一種物質(zhì)，所述元素選自由鉬、銥、鈀、釕、金、銀、銅、鎳、鉆、鐵、鶴、鉻、鑰、鉭、銀、鈦和錯組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)所述的燃料電池用電極，其特征在于，所述導(dǎo)電性載體含有選自由碳、導(dǎo)電性氧化物、導(dǎo)電性氮化物、導(dǎo)電性碳化物和它們的復(fù)合物組成的組中的至少一種物質(zhì)。
7.一種膜電極接合體，其特征在于，其將權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池用電極用于陽極。
8.一種膜電極接合體，其特征在于，其將權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池用電極用于陰極。
9.一種膜電極接合體，其特征在于，其將權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池用電極用于陽極和陰極。
全文摘要
本發(fā)明提供抑制催化劑顆粒的溶出、并且燃料電池在高電流密度下運(yùn)轉(zhuǎn)時能夠充分發(fā)揮所添加的催化劑的功能的燃料電池用電極和膜電極接合體。燃料電池用電極含有電極材料，所述電極材料包含將催化劑顆粒負(fù)載在導(dǎo)電性載體上而成的電極催化劑、以及被覆該電極催化劑的具有陰離子傳導(dǎo)性的第1離子導(dǎo)體和具有陽離子傳導(dǎo)性的第2離子導(dǎo)體，該第1離子導(dǎo)體以被覆該催化劑顆粒的方式配置，并且該第2離子導(dǎo)體以被覆該第1離子導(dǎo)體和該導(dǎo)電性載體的露出部分的方式配置。膜電極接合體將上述燃料電池用電極用于陽極和陰極中的至少一方。
文檔編號H01M4/86GK103098275SQ20118004317
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月4日
發(fā)明者堀部哲史 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社