燃料电池的催化剂、电极和膜电极组件及其燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池的催化剂、电极和膜电极组件及其燃料电池系统。本文提供一种用于燃料电池系统的膜电极组件的电极的催化剂。更具体地，该催化剂包括含有承载在碳上的铂的第一催化剂以及包含Ir-Ru合金的第二催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种燃料电池的催化剂、电极和膜电极组件及其燃料电池系统。本文提供一种用于燃料电池系统的膜电极组件的电极的催化剂。更具体地，该催化剂包括含有承载在碳上的铂的第一催化剂以及包含Ir-Ru合金的第二催化剂。【专利说明】燃料电池的催化剂、电极和膜电极组件及其燃料电池系统
本公开涉及用于燃料电池的催化剂、用于燃料电池的电极、用于燃料电池的膜电极组件，以及包括其的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是通过与氧或另一氧化剂的化学反应将燃料(例如氢)的化学能转化为电的设备。氢是最常见的燃料，但有时候也使用烃类例如天然气和醇类例如甲醇和乙醇。燃料电池与电池的不同在于它们需要恒定的燃料源和氧源来运行，但是它们能够持续地产生电只要有这些输入供应。燃料电池有很多不同的设计，然而，两种更广知的设计是聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和使用甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)。燃料电池系统包括电池组，电池组的结构是数个到数十个由膜电极组件(MEA)和隔板(双极板)构成的单元电池层叠在一起。膜电极组件包括与聚合物电解质膜布置在一起的阳极(“燃料电极”或“氧化电极”)和阴极(“空气电极”或“还原电极”)，其中聚合物电解质膜具有介于其间的氢离子传导聚合物。在燃料电池内的发电过程中，燃料被供应到阳极(即，燃料电极)以吸附在阳极催化剂上，并被氧化而产生氢离子和电子，产生的电子沿着外电路向阴极(即，氧化电极)传导，且氢离子经聚合物电解质膜传导到阴极。氧化剂被供应到阴极，且氧化剂、氢离子和电子在阴极催化剂下反应以产生电同时产生水作为副产物。然而，这些催化剂趋向于随着时间被腐蚀，因此并不像工业领域所期望的能使燃料电池系统适用于工业标准(例如车辆制造)的那样耐用。因此，现今需要一种比当前市场上所生产的催化剂更耐用的催化剂。以上在背景部分公开的信息仅用于增强对本专利技术背景的理解，因而其可能包含有并不构成该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施方式提供具有优异的耐用性、将被应用到例如车辆内的燃料电池系统内的膜电极组件中的电极的催化剂。更具体地，本专利技术的示例性实施方式提供用于燃料电池的催化剂，包括:第一催化齐IJ (Pt/c)，其包括承载在碳上的钼；和第二催化剂，包括铱-钌(Ir-Ru)合金。具体而言，在本专利技术的一些示例性实施方式中，基于100wt%的第一催化剂，第二催化剂的含量可以是lwt%?30wt%o此外，Ir-Ru合金可以由IrxRu2_x表示(x为0.9?1.1)。在另一个示例性实施方式中，本专利技术提供用于燃料电池的阴极，包括:电极基板，以及形成在电极基板上且包含有上述催化剂的催化剂层。此外，在本专利技术的另一个示例性实施方式中，用于燃料电池的膜电极组件可以包括阴极、阳极和位于阴极与阳极之间的聚合物电解质膜。在本专利技术的另一个示例性实施方式中，电极和膜电极组件可以应用到系统，其中的燃料电池系统包括:至少一个电能发生器，其包含有膜电极组件以及位于膜电极组件的两面的隔板；燃料供应器；以及氧化剂供应器。电能发生器可以用作经燃料的氧化反应和氧化剂的还原反应而产生电。燃料供应器可以用作将燃料供应到电能发生器，而氧化剂供应器用作将氧化剂供应到电能发生器。根据本专利技术的示例性实施方式，因为用于燃料电池的催化剂具有优异的耐用性，可以改善燃料电池的功率和循环寿命特性，并改善整个系统的工业应用性。【专利附图】【附图说明】通过以下的详细描述并结合附图，可以更清楚地理解本专利技术的以上和其他目的、特征和优点，其中:图1是示意性示出根据本专利技术示例性实施方式的燃料电池系统的结构的视图。【具体实施方式】应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。本文使用的术语仅仅是为了说明【具体实施方式】，而不是意在限制本专利技术。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(compr i s e s和/或compr i s i ng ) ”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。除非具体说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05% 或 0.01% 内。除非另外从上下文清楚得到，否则本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。根据本专利技术的示例性实施方式，提供一种用于燃料电池的催化剂，包括:第一催化齐IJ (Pt/c)，其包括承载在碳结构上的钼；和第二催化剂，其包括Ir-Ru合金。碳可以实现为载体，且可以是例如结晶碳或无定形碳。基于100wt%的碳，钼的装载量可以实施为在约30wt%至65wt%的范围内。本专利技术示例性实施方式中的Ir-Ru合金可以由IrxRu2_x (x为约0.9至1.1)表示。有利地，以上催化剂组成提供优异的水分解能力(O2产生能力、OER (析氧反应，分解水产生氧的反应))。具体而言，与具有偏离以上范围的组成的Ir-Ru合金(例如Ir2Ru或IrRu2)相t匕，OER反应性可以得到改善。铱(Ir)和钌(Ru)是非常稳定且在相同电压(1.6V)下与Pt相比具有极高的水分解能力的贵金属。第二催化剂，如上所述，包括由铱和钌组合构成的Ir-Ru合金。与Pt相t匕，上述的Ir-Ru合金具有极高的水分解能力(例如，O2产生能力、OER (析氧反应，分解水产生氧的反应))，因此有效地分解水。因此，当将第二催化剂用于燃料电池的阴极时，当由于缺少燃料而发生超电势(例如，SU/SD (开启/关闭))时，阴极的碳载体的腐蚀可被防止。阴极碳载体的腐蚀为何得以防止的原理如下所述。通常而言，当发生超电势时(例如，在SU/SD时)，由于空气渗透到阳极，发生燃料不足，燃料不足造成氢离子(H+)不足，而氢离子不足通过阴极碳载体的腐蚀而增补，而不是阳极运打。在本专利技术的示例性实施方式中，具有优异的OER反应性的第二催化剂可被用作催化剂层，以分解存在于催化剂层中的水而非阴极的碳载体，从而生成氢离子而防止碳载体的腐蚀。可以调节第一催化剂和第二催化剂的混合比，从而相对于100wt%的第一催化剂，第二催化剂的含量为约1被％至30被％。当第一催化剂和第二催化剂的混合比在上述范围内时，合意的是可以得到最佳的碳氧化耐性。本专利技术的另一个示例性实施方式提供用于燃料电池的阴极，包括含有催化剂的催化剂层和电极基板。催化剂层还可以包括粘合剂树脂，以改善催化剂层的粘合并传送质子。粘合剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的阴极的催化剂，包括：第一催化剂，包含承载在碳上的铂；以及第二催化剂，包含铱‑钌（Ir‑Ru）合金。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李美惠，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR