电池电极，用于电池电极的催化剂层的组合物，以及电池制造技术

本发明专利技术提供电池电极，用于电池电极的催化剂层的组合物，以及电池，它们具有低成本的优异特性。所述电池电极包括含有非铂催化剂和未负载在非铂催化剂上的铂颗粒的催化剂层，其中每单位面积的电池电极的铂颗粒含量为0.0010mg/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池电极，用于电池电极的催化剂层的组合物，以及电池
本专利技术涉及电池电极，用于电池电极的催化剂层的组合物和电池。
技术介绍
目前，铂催化剂用于燃料电池的电极。但是，有许多问题有待解决。例如，铂储量有限。在聚合物电解质燃料电池(PEFC)中，铂的使用增加了成本。在空气电池中，铂的使用增加了成本，此外，铂引起化学反应，例如电解质溶液的分解。因此，已经开发了不使用铂的替代技术。具体地，例如，专利文献1公开了一种用于燃料电池的电极催化剂，其由具有壳状结构的碳化材料形成。引文列表专利文献[专利文献1]JP2007-207662A
技术实现思路
技术问题然而，迄今为止难以以低成本获得具有优异特性的电池电极。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的之一是提供一种电池电极，用于该电池电极的催化剂层的组合物，以及电池，它们均具有低成本的优良特性。问题的解决方案为实现该目的，根据本专利技术一个实施方案的电池电极是包括含有非铂催化剂和未负载在所述非铂催化剂上的铂颗粒的催化剂层的电池电极，其中每单位面积的电池电极的铂颗粒的含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小。根据本专利技术的该实施方案，提供了一种具有低成本的优异特性的电池。此外，在电池电极中，铂颗粒的平均粒径可以为30.0nm或更小。另外，在电池电极中，非铂催化剂可以是碳催化剂。在这种情况下，所述碳催化剂可以是含氮的碳催化剂。此外，在这种情况下，所述含氮的碳催化剂的表面上的氮原子数与碳原子数之比为0.001或更大且0.600或更小。此外，在电池电极中，碳催化剂可以包含铂以外的金属。在这种情况下，电池电极中的铂含量与所述铂以外的金属的含量的质量比为0.04或更大且20.00或更小。此外，碳催化剂可以具有碳构造，在所述碳构造中通过分离由粉末X射线衍射获得的X射线衍射图中的峰顶位于26°的衍射角附近的峰而获得三个峰fbroad、fmiddle和fnarrow的面积比满足以下条件(a)至(c)：(a)fbroad：60.0％或更大且96.0％或更小；(b)fmiddle：3.5％或更大且32.0％或更小；和(c)fnarrow：0.4％或更大且15.0％或更小。此外，碳催化剂可具有碳构造，所述碳构造在程序升温脱附法中表现出由150℃至1,000℃下的一氧化碳脱附量为0.250mmol/g或更高，由150℃至900℃下的二氧化碳脱附量为0.040mmol/g或更高，所述程序升温脱附法包括测定由0℃至1000℃下的一氧化碳和二氧化碳的脱附量。用于实现目的的根据本专利技术的一个实施方案的用于电池电极的催化剂层的组合物是用于电池电极的催化剂层的组合物，其用于形成电池电极的催化剂层，其中所述组合物包括非铂催化剂和未负载在所述非铂催化剂上的铂颗粒，以及以使得每单位面积的电池电极的铂颗粒含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小的方式使用所述组合物。根据本专利技术的该实施方案，提供了所述用于电池电极的催化剂层的组合物，其能够使电池电极具有低成本的优异特性。此外，在用于电池电极的催化剂层的组合物中，非铂催化剂可以是碳催化剂，并且在程序升温脱附法中该用于电池电极的催化剂层的组合物的由150℃至1000℃下的一氧化碳脱附量可以为0.150mmol/g或更高，由150℃至900℃下的二氧化碳脱附量可以为0.030mmol/g或更高，所述程序升温脱附法包括测定由0℃至1000℃下的一氧化碳和二氧化碳的脱附量。另外，在用于电池电极的催化剂层的组合物中，非铂催化剂可以是含有铂以外的金属的碳催化剂。在这种情况下，该组合物中的铂含量与所述铂以外的金属的含量的质量比可以为0.04或更大且20.00或更小。用于实现目的的根据本专利技术的一个实施方案的电池包括上述电池电极中的任何一种。根据本专利技术的该实施方案，提供了一种具有低成本的优异特性的电池。此外，电池可以是燃料电池。专利技术的有益效果根据本专利技术，提供了电池电极，用于电池电极的催化剂层的组合物和电池，它们均具有低成本的优异特性。附图说明图1A是显示在根据本专利技术的一个实施方案的实施例中使用的碳催化剂和负载铂的碳材料的特性的说明图。图1B是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中制备的用于电池电极的催化剂层的组合物和电池电极的特性的说明图。图2A是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的碳催化剂CA-Ia的XRD峰分离结果的实例的说明图。图2B是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的碳催化剂CA-III的XRD峰分离结果的实例的说明图。图2C是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的碳催化剂CA-IV的XRD峰分离结果的实例的说明图。图2D是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的科琴黑(ketjenblack)的XRD峰分离结果的实例的说明图。图3A是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的碳催化剂CA-Ia的透射电子显微照片的实例的说明图。图3B是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的负载在碳载体颗粒上的铂颗粒的透射电子显微照片的实例的说明图。图3C是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的均负载在碳催化剂CA-Ia上的铂颗粒的透射电子显微照片的实例的说明图。图3D是显示在根据本专利技术的实施方案的实施例中使用的与碳催化剂CA-Ia混合的负载在碳载体颗粒上的铂颗粒的透射电子显微照片的实例的说明图。具体实施方式现在，将描述本专利技术的实施方案。本专利技术不限于这些实施方案中所示的实施例。根据本专利技术的一个实施方案的电池电极(下文中称为“本专利技术的电极”)是包括含有非铂催化剂和未负载在所述非铂催化剂上的铂颗粒的催化剂层的电池电极，其中每单位面积的电池电极的铂颗粒含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小。本专利技术的专利技术人已经对用于实现具有低成本的优异特性的电池电极的技术手段进行了广泛的研究，结果，令人惊讶且独特地发现，当包括非铂催化剂的电池电极还包括在特定的显著小范围内的量的未负载在所述非铂催化剂上的铂颗粒时，表现出优异的特性。因此，完成了本专利技术。也就是说，在本专利技术的电极中，每单位面积的电池电极的铂颗粒的含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小，因此，例如，本专利技术的电极包括均匀的催化剂层，并且表现出低成本下优异的耐久性。当每单位面积的电池电极的铂颗粒的含量大于0.1200mg/cm2时，在形成催化剂层期间可能形成裂缝，不容易形成均匀的催化剂层。另外，由于铂颗粒含量的增加，导致成本增加。通过使用包含非铂催化剂和未负载在该非铂催化剂上的铂颗粒的组合物，形成本专利技术的电极的催化剂层。在这方面，根据本专利技术的一个实施方案的用于电池电极的催化剂层的组合物(下文中称为“本专利技术的组合物”)是用于形成电池电极的催化剂层的组合物，其中该组合物包括非铂催化剂和未负载在该非铂催化剂上的铂颗粒，以及其中以使得每单位面积的电池电极的铂颗粒含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小的方式使用该组合物。因此，本专利技术的一个实施方案包括使用包含非铂催化剂和未负载在该非铂催化剂上的铂颗粒的组合物用于形成电池电极的催化剂层，使得每单位面积的电池电极的铂颗粒的含量为0.0010mg/cm2或更大且0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池电极，其包括含有非铂催化剂和未负载在所述非铂催化剂上的铂颗粒的催化剂层，其中，每单位面积的电池电极的所述铂颗粒含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.17 JP 2016-0990561.一种电池电极，其包括含有非铂催化剂和未负载在所述非铂催化剂上的铂颗粒的催化剂层，其中，每单位面积的电池电极的所述铂颗粒含量为0.0010mg/cm2或更大且0.1200mg/cm2或更小。2.根据权利要求1所述的电池电极，其中所述铂颗粒的平均粒径为30.0nm或更小。3.根据权利要求1或2所述的电池电极，其中所述非铂催化剂是碳催化剂。4.根据权利要求3所述的电池电极，其中所述碳催化剂是含氮的碳催化剂。5.根据权利要求4所述的电池电极，其中所述含氮的碳催化剂的表面上的氮原子数与碳原子数之比为0.001或更大且0.600或更小。6.根据权利要求3至5中任一项所述的电池电极，其中所述碳催化剂包含铂以外的金属。7.根据权利要求6所述的电池电极，其中所述电池电极中的铂含量与所述铂以外的金属的含量的质量比为0.04或更大且20.00或更小。8.根据权利要求3至7中任一项所述的电池电极，其中所述碳催化剂具有碳构造，在所述碳构造中通过分离由粉末X射线衍射获得的X射线衍射图中的峰顶位于26°的衍射角附近的峰而获得的三个峰fbroad、fmiddle和fnarrow的面积比满足以下条件(a)至(c)：(a)fbroad：60.0％或更大且96.0％或更小；(b)fmiddle：3.5％或更大且32.0％或更小；和(c)fnarrow：0.4％或更大且15.0％或更小。9.根据权利要求3至8中任一项所述的电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸本武亮，藤井千弘，中山美树，
申请(专利权)人：日清纺控股株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP