燃料电池电极催化剂制造技术

一种燃料电池电极催化剂，是由Pt或Pt合金构成的催化剂金属粒子被担载于碳载体的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的个数为4.3个/100nm2以上且16.0个/100nm2以下。以下。以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池电极催化剂


[0001]本专利技术涉及燃料电池电极催化剂。

技术介绍

[0002]燃料电池作为下一代的电池受到期待。尤其是，固体高分子型燃料电池具有工作温度低、起动时间短、紧凑等优点，在汽车的驱动用电源等领域中已经开始实用化。
[0003]固体高分子型燃料电池具有：阴极(空气极)、固体高分子电解质膜以及阳极(燃料极)依次层叠而成的结构。在这样的固体高分子型燃料电池中，若向阴极供给氧或空气，向阳极供给燃料、例如氢，则在各极发生氧化
‑
还原反应，产生电。
[0004]在燃料电池中，在电极中包含用于促进上述的氧化
‑
还原反应的燃料电池用催化剂。作为该燃料电池用催化剂，广泛地使用使催化剂粒子担载于碳粉末载体上的结构的催化剂。作为燃料电池用催化剂的催化剂粒子，已知Pt粒子以及Pt合金粒子。
[0005]例如，在专利文献1中记载了一种担载有Pt的催化剂的制造方法，其中，在载体粒子的存在下、在液相中将Pt前驱体化合物还原。另外，在专利文献2中记载了：为了提高固体高分子型燃料电池的阴极的活性，使用Pt合金粒子作为催化剂粒子。
[0006]另外，在专利文献3中记载了：使在碳载体上担载有Pt或Pt合金的阳极催化剂和IrO2等的水电解催化剂共存于燃料电池的阳极侧的催化剂层中来使用。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特开平08
‑
084930号公报
[0010]专利文献2：日本特开2003
‑
142112号公报
[0011]专利文献3：日本特开2009
‑
152143号公报

技术实现思路

[0012]在燃料电池、尤其是固体高分子型燃料电池中，如上述那样，向阴极供给氧或空气，向阳极供给燃料、例如氢，在这两极发生氧化
‑
还原反应，产生电。然而，在燃料电池的运转中，例如，因从阴极渗透而来的氮的影响，或者，因通过燃料电池反应而产生的水的凝聚物的影响，可能产生向阳极供给的燃料缺乏的事态。
[0013]在阳极，燃料缺乏的情况下，为了补充不足的质子(H
+
)而通过下述反应来生成质子，并且，发生碳载体腐蚀从而劣化的现象。
[0014]C+2H2O
→
CO2+4H
+
+4e
‑
[0015]而且，即使在阳极燃料缺乏，只要通过上述的反应补充着质子，燃料电池的发电电压就被维持。因而，碳载体的劣化在初期的阶段难以检知。而且，当忽略碳载体的初期劣化从而碳载体的劣化进一步进展时，会导致催化剂金属粒子从碳载体脱落，燃料电池电极催化剂的活性急剧降低。
[0016]本专利技术是鉴于上述的情况而完成的，其目的是提供燃料缺乏时的碳载体的劣化被
抑制、ECSA(电化学活性面积)的维持性优异的燃料电池电极催化剂。
[0017]本专利技术如下。
[0018]方案1
[0019]一种燃料电池电极催化剂，是由Pt或Pt合金构成的催化剂金属粒子被担载于碳载体的燃料电池电极催化剂，
[0020]所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的个数为4.3个/100nm2以上且16.0个/100nm2以下。
[0021]方案2
[0022]根据方案1所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的个数为6.0个/100nm2以上且10.0个/100nm2以下。
[0023]方案3
[0024]根据方案1或2所述的燃料电池电极催化剂，所述催化剂金属粒子的平均粒径为5.0nm以下。
[0025]方案4
[0026]根据方案1～3的任一项所述的燃料电池电极催化剂，所述催化剂金属粒子的平均粒径为2.0nm以上且3.5nm以下。
[0027]方案5
[0028]根据方案1～4的任一项所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的担载量为6.0mg/m2以上。
[0029]方案6
[0030]根据方案5所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的担载量为6.5mg/m2以上且25.0mg/m2以下。
[0031]方案7
[0032]根据方案1～6的任一项所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体为石墨化碳的粒子。
[0033]方案8
[0034]根据方案1～7的任一项所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的比表面积为10m2/g以上且100m2/g以下。
[0035]方案9
[0036]根据方案8所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的比表面积为20m2/g以上且70m2/g以下。
[0037]方案10
[0038]一种燃料电池的阳极，具有包含方案1～9的任一项所述的燃料电池电极催化剂的催化剂层。
[0039]方案11
[0040]一种燃料电池电极接合体，包含方案10所述的阳极。
[0041]方案12
[0042]一种燃料电池，包含方案11所述的燃料电池电极接合体。
[0043]根据本专利技术，能提供燃料缺乏时的碳载体的劣化被抑制、ECSA(电化学活性面积)
的维持性优异的燃料电池电极催化剂。
附图说明
[0044]图1是示出在实施例中得到的催化剂中的、碳载体的每单位比表面积中的Pt粒子的个数(个/100nm2)与耐久试验后的ECSA的关系的图。
[0045]图2是示出在实施例中得到的催化剂中的、碳载体的每单位比表面积中的Pt粒子的个数(个/100nm2)与耐久试验后的ECSA维持率的关系的图。
具体实施方式
[0046]燃料电池电极催化剂
[0047]本专利技术的燃料电池电极催化剂，是由Pt或Pt合金构成的催化剂金属粒子被担载于碳载体的燃料电池电极催化剂，
[0048]碳载体的每单位表面积中的催化剂金属粒子的个数为4.3个/100nm2以上且16.0个/100nm2以下。
[0049]本专利技术的燃料电池电极催化剂，碳载体的每单位表面积中的催化剂金属粒子的个数被限制为规定的范围。
[0050]认为在燃料电池电极催化剂中，催化剂金属粒子被担载于碳载体的吸附活性点上时，强烈地吸附于碳载体，显现高的催化剂活性。
[0051]在此，认为：若碳载体的每单位表面积中的催化剂金属粒子过多，则未保持于碳载体的吸附活性点而向碳载体的吸附弱的催化剂金属粒子变多，会发生由催化剂金属粒子的粗大化引起的催化剂活性的降低。作为该粗大化的机理，设想到：由催化剂金属粒子的溶解
·
再析出引起的粗大化、由催化剂金属粒子在载体上移动从而凝集引起的粗大化等。另一方面，认为：若碳载体的每单位表面积中的催化剂金属粒子过少，则在碳载体上较多地残存未被催化剂金属粒子保护的吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池电极催化剂，是由Pt或Pt合金构成的催化剂金属粒子被担载于碳载体的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的个数为4.3个/100nm2以上且16.0个/100nm2以下。2.根据权利要求1所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的个数为6.0个/100nm2以上且10.0个/100nm2以下。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池电极催化剂，所述催化剂金属粒子的平均粒径为5.0nm以下。4.根据权利要求1～3的任一项所述的燃料电池电极催化剂，所述催化剂金属粒子的平均粒径为2.0nm以上且3.5nm以下。5.根据权利要求1～4的任一项所述的燃料电池电极催化剂，所述碳载体的每单位表面积中的所述催化剂金属粒子的担载量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀彰宏，松村祐宏，
申请(专利权)人：株式会社科特拉，
类型：发明
国别省市：