正极、膜电极组件和电池制造技术

本发明专利技术提供各自具有优异耐久性的正极、膜电极组件和电池。所述正极为包括电解质膜(20)的电池的正极(10)，该正极包括：包含0.3mg/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极、膜电极组件和电池
本专利技术涉及正极、膜电极组件和电池。
技术介绍
当前，使用铂催化剂作为用于燃料电池的电极的催化剂。但是，要解决许多问题。铂的储量例如是有限的。在聚合物电解质燃料电池(PEFC)中，铂的使用增加了成本。具体而言，在PEFC的正极中，存在为了获得足够的发电性能和耐久性而需要大量的铂催化剂的问题。另外，当诸如一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮或二氧化氮的气体吸附在铂催化剂上时，具有铂催化剂易于中毒的问题。因此，已经开发了不使用铂催化剂或使用较少量的铂催化剂的替代技术。例如在专利文献1中，描述了用于燃料电池的正极电极结构。燃料电池的正极电极结构是其中含有催化剂和离聚物的层A和含有催化剂和离聚物的层B彼此层叠的电极结构。包含在层A中的催化剂含有70重量％以上的碳催化剂，并且包含在层B中的催化剂含有70重量％以上的铂负载的碳催化剂。在专利文献2中，描述了一种燃料电池，其包括：电解质层；燃料侧电极，其在厚度方向上配置在电解质层的一侧，并供入燃料；氧侧电极，其在厚度方向上配置在电解质层的另一侧，并供入氧；燃料分解层，其配置在电解质层与氧侧电极之间，并且使通过电解质层的燃料分解。引文列表专利文献[PTL1]JP2016-015283A[PTL2]JP2016-207575A
技术实现思路
技术问题然而，迄今为止，燃料电池的正极的耐久性还不够。鉴于上述问题提出本专利技术，并且本专利技术的目的之一是提供各自具有优异耐久性的正极、膜电极组件和电池。要解决的问题为了解决上述问题，本专利技术的一个实施方案的正极是包括电解质膜的电池的正极，该正极包括：包含0.3mg/cm2以上且9.0mg/cm2以下的碳催化剂的第一层；及位于所述电池中电解质膜与所述第一层之间的第二层，其包含0.002mg/cm2以上且0.190mg/cm2以下的铂。根据本专利技术的一个实施方案，提供具有优异耐久性的正极。所述碳催化剂可以包含铁，其在氮气氛中通过热重分析测得的在200℃至1,200℃下的重量减少率为12.0重量％以下，并且可以具有碳结构，其中所述碳结构在铁的K吸收边的X射线吸收精细结构分析中显示出以下(a)和/或(b)：(a)在7,130eV处的归一化吸光度与在7,110eV处的归一化吸光度的比例为7.0以上；及(b)在7,135eV处的归一化吸光度与在7,110eV处的归一化吸光度的比例为7.0以上。所述碳催化剂的介孔孔容与总孔容的比例可以为20％以上。所述碳催化剂通过电感耦合等离子体质谱测得的铁含量可以为0.01重量％以上。所述碳催化剂基于燃烧法通过元素分析测得的氮原子含量可以为1.0重量％以上。所述碳催化剂基于燃烧法通过元素分析测得的氮原子含量与碳原子含量的比例可以为1.1％以上。所述碳催化剂可以包含铁和铁以外的金属。所述碳催化剂通过BET法测得的比表面积可以为800m2/g以上。所述第一层包含电解质材料，并且其中电解质材料的重量与通过由所述第一层的重量减去所述电解质材料的重量获得的剩余重量的比例为0.30以上。所述第二层包含电解质材料，并且其中所述电解质材料的重量与通过由所述第二层的重量减去所述电解质材料的重量获得的剩余重量的比例为0.05以上。所述正极的第二层中的铂含量与所述第一层中碳催化剂的含量的比例为20.00重量％以下。所述第一层和/或所述第二层可以包含EW值为300以上且1,100以下的电解质材料。为了解决上述问题，根据本专利技术一个实施方案的膜电极组件包括上述正极、负极以及位于所述正极与所述负极之间的电解质膜。根据本专利技术一个实施方案，提供具有优异耐久性的膜电极组件。为了解决上述问题，根据本专利技术一个实施方案的电池包括上述正极或上述膜电极组件中的任何一种。根据本专利技术一个实施方案，提供具有优异耐久性的电池。所述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，提供各自具有优异耐久性的正极、膜电极组件和电池。附图简述图1是用于说明本专利技术一个实施方案的一个实施例的膜电极组件的横截面的说明图。图2用于表示本专利技术一实施方案的实施例中通过热重分析法测得的碳催化剂的重量减少率得到的结果的实例的说明图。图3是用于表示本专利技术的一个实施方案的实施例中通过对铁的K吸收边进行X射线吸收精细结构分析获得的结果的实例的说明图。图4A是表示通过评估本专利技术一个实施方案的实施例中碳催化剂获得的结果的实例的说明图。图4B是表示通过评估根据本专利技术一个实施方案的实施例中的碳催化剂获得的结果的另一实例的说明图。图5是表示通过评估本专利技术一个实施方案的实施例中的耐久性获得的结果的实例的说明图。具体实施方式以下将描述根据本专利技术的一个实施方案的正极、膜电极组件和电池。本专利技术并不限于在该实施方案中描述的实施例。根据该实施方案的正极是包括电解质膜的电池的正极，该正极包括：包含0.3mg/cm2以上且9.0mg/cm2以下的碳催化剂的第一层；以及位于所述电池中电解质膜与所述第一层之间的第二层，其包含0.002mg/cm2以上且0.190mg/cm2以下的铂。根据该实施方案的膜电极组件(以下称为“MEA”)包括根据该实施方案的正极、负极和位于所述正极和所述负极之间的电解质膜。根据该实施方案的电池包括根据该实施方案的正极或根据该实施方案的MEA。本专利技术的专利技术人对用于获得均具有优异耐久性的正极、MEA和电池的技术手段进行了广泛的研究，因此，独特地发现当正极包括以下时，可获得优异的耐久性：包含特定范围量的碳催化剂的第一层；以及位于所述MEA或电池中的电解质膜与所述第一层之间的第二层，其包含特定范围量的铂。在图1中，显示根据该实施方案的实施例的MEA1的横截面。在本申请中，主要参考图1所示的示例而对该实施方案进行描述。然而，图1仅是概念性地表示MEA1的结构的图，并且本专利技术并不限于特定模式，例如MEA1和图1中所示的MEA1的构成要素的尺寸、形状和位置关系。如图1所示，MEA1包括一对气体扩散层30和50，置于所述一对气体扩散层30和50之间的电解质膜20，置于一个气体扩散层30和电解质膜20之间的正极10，和置于另一气体扩散层50和电解质膜20之间的负极40。具体而言，在MEA1或电池中，所述正极10置于电解质膜20和气体扩散层30之间。所述正极10包括含有碳催化剂的第一层(以下称为“CC层”)11和含有铂的第二层(以下称为“Pt层”)12。即，所述正极10包括含有催化剂的催化剂层，并且该催化剂层包括CC层11和Pt层12。在正极10中，将CC层11和Pt层12进行层叠。然而，如后所述，所述正极10在CC层11和Pt层12之间可以包括其他层。CC层11置于MEA1或电池中的气体扩散层30和Pt层12之间。即，所述正极10在MEA1或电池中的气体扩散层30与Pt层12之间处包括CC层11。所述Pt层12置于MEA1或电池中的电解质膜20与CC层11之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包含电解质膜的电池的正极，所述正极包含：/n第一层，其包含0.3mg/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包含电解质膜的电池的正极，所述正极包含：
第一层，其包含0.3mg/cm2以上且9.0mg/cm2以下的碳催化剂；及
第二层，其位于所述电池中所述电解质膜与所述第一层之间，并且包含0.002mg/cm2以上且0.190mg/cm2以下的铂。


2.根据权利要求1所述的正极，
其中所述碳催化剂包含铁，
其中所述碳催化剂在氮气氛中通过热重分析测得的在200℃至1,200℃下的重量减少率为12.0重量％以下，及
其中所述碳催化剂包含碳结构，所述碳结构在铁的K吸收边的X射线吸收精细结构分析中显示出以下(a)和/或(b)：
(a)在7,130eV处的归一化吸光度与在7,110eV处的归一化吸光度的比例为7.0以上；及
(b)在7,135eV处的归一化吸光度与在7,110eV处的归一化吸光度的比例为7.0以上。


3.根据权利要求1或2所述的正极，其中所述碳催化剂的介孔孔容与总孔容的比例为20％以上。


4.根据权利要求1至3之一所述的正极，其中所述碳催化剂通过电感耦合等离子体质谱测得的铁含量为0.01重量％以上。


5.根据权利要求1至4之一所述的正极，其中所述碳催化剂基于燃烧法通过元素分析测得的氮原子含量为1.0重量％以上。


6.根据权利要求1至5之一所述的正极，其中所述碳催化剂基于燃烧法通过元素分析测得的氮原子含量与碳原子含量的比例为1.1％以上。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸本武亮，小林义和，藤井千弘，S·叶，D·W·H·班纳姆，
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