燃料电池用催化剂制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池用的催化剂，是包含具有微细孔的碳载体、以及担载于该碳载体的金属的燃料电池用的催化剂，上述金属是铂和铂合金中的至少一者，上述碳载体的比表面积为250m2/每g碳～338m2/每g碳，上述碳载体的上述微细孔的面积为48m2/每g碳～74m2/每g碳。/每g碳。/每g碳。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用催化剂
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2022年4月28日提交的日本专利申请第2022
‑
073929号的优先权，其全部内容通过引用援引于此。


[0003]本公开涉及一种燃料电池用催化剂。

技术介绍

[0004]关于燃料电池用催化剂进行了各种研究。
[0005]例如日本特表2014
‑
5340521中公开了：包含碳载体材料的催化剂，所述碳载体材料具有(a)100～600m2/g的比表面积(BET)、具有(b)10～90m2/g的微细孔面积。

技术实现思路

[0006]面向搭载有燃料电池的商业车的实用化，要求进一步提高燃料电池用催化剂的耐久性。
[0007]本公开鉴于上述实际情况而完成，提供一种能够提高耐久性且能够抑制催化性能的降低的燃料电池用催化剂。
[0008]本公开的催化剂是包含具有微细孔的碳载体、以及担载于该碳载体的金属的燃料电池用催化剂，上述金属是铂和铂合金中的至少一者，上述碳载体的比表面积为250m2/每g碳～338m2/每g碳，上述碳载体的上述微细孔的面积为48m2/每g碳～74m2/每g碳。
[0009]根据本公开，能够提高燃料电池用催化剂的耐久性，并且能够抑制催化性能的降低。
[0010]本公开的催化剂中，上述碳载体可以为乙炔黑。
[0011]在本公开的催化剂中，上述燃料电池的通过IV测定观测到的气体扩散性极限电流值可以为0.15A/cm2以上。
>附图说明
[0012]下面将结合附图来描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点、技术以及工业上的意义，其相同的符号表示相同的元素，其中，
[0013]图1是表示各实施例和各比较例中使用的碳载体的比表面积(SSA)与微细孔面积的关系的图。
[0014]图2是表示实施例1、2、比较例1、6的0～3.0A/cm2的范围内的电池电压相对于电流密度的关系的图。
[0015]图3是表示实施例1、2、比较例1、6的0～0.2A/cm2的范围内的电池电压相对于电流密度的关系的图。
具体实施方式
[0016]以下，对本公开的实施方式进行说明。应予说明，在本说明书中特别提及的事项以外的情况且本公开的实施所需的情况(例如不具有本公开的特征的燃料电池用催化剂等的一般的构成和制造工序)可以作为基于本领域的现有技术的本领域技术人员的设计事项而把握。本公开可以基于本说明书中公开的内容和本领域的技术常识来实施。另外，图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反应实际的尺寸关系。本说明书中表示数值范围的“～”是指将在其前后记载的数值作为下限值和上限值包含来使用。另外，数值范围中的上限值和下限值可以采用任意的组合。
[0017]燃料电池用催化剂
[0018]本公开的催化剂是包含具有微细孔的碳载体、以及担载于该碳载体的金属的燃料电池用的催化剂，上述金属是铂和铂合金中的至少一者，上述碳载体的比表面积为250m2/每g碳～338m2/每g碳，上述碳载体的上述微细孔的面积为48m2/每g碳～74m2/每g碳。
[0019]对于搭载了设想长距离运行的燃料电池的商用车用的催化剂，第一要求高耐久性。并且，从可装载的范围的观点考虑，燃料电池堆的小型化是必须的，催化剂也同时要求高性能化。在现有技术中，催化剂的性能和耐久性处于背离的关系，难以兼得。这是由于催化剂的耐久性和催化剂的性能与碳载体的比表面积相关，为了提高耐久性，需要减少比表面积，为了提高催化性能，需要增加比表面积，各自成为取舍的关系。本研究人等发现通过在规定的范围内增加碳载体的微细孔的面积能够确保催化剂的所希望的催化性能，并且将成为耐久性降低的重要因素的碳载体的比表面积较小地抑制在规定的范围内，从而确保所希望的耐久性。因此，根据本公开，能够通过将碳载体的比表面积与微细孔的面积控制在规定的范围内，从而能够提高催化剂的耐久性，且抑制催化性能的降低。这是由于通过减少比表面积来减少碳载体的劣化点，并且通过增大微细孔面积从而确保气体的扩散路径、减少作为催化性能损失的物质转移过电压。
[0020]本公开的催化剂包含碳载体和担载于该碳载体的金属。本公开的催化剂中，燃料电池的通过IV测定观测的气体扩散性极限电流值可以为0.15A/cm2以上。由此，催化剂具有所希望的耐久性，且能够确保与现有的高比表面积产品同等或更高的催化性能。在本公开中气体扩散性极限电流值是低电流密度区域中的规定的条件(电池温度：45℃，两电极的相对湿度：165％)下的IV测定中在0.1～0.6V之间观测到的电流的平均值。
[0021]金属担载于碳载体。金属是铂和铂合金中的至少一者。作为铂合金，可以是包含铂和选自钴、镍、铁、锰、铜、钛、钨、锡、镓、锆、铬、钆、铽、镱、铪以及锇中的1种或者2种以上的金属的合金。这些中，可以为铂、铂－钴合金以及铂－镍合金等，特别是可以为铂－钴合金。金属可以是形状为粒状的金属粒子。金属粒子的粒径没有特别限定，可以为1nm～10nm。金属粒子的粒径可以通过3D－TEM等进行测定。
[0022]碳载体担载金属。碳载体具有微细孔。微细孔的平均细孔径可以为小于2nm。微细孔的平均细孔径可以通过测定随机选择的多个微细孔的细孔径，算出它们的平均值而得到。平均细孔径可以利用3D－TEM(透射式电子显微镜)等进行测定。碳载体可以为多孔体。碳载体可以是形状为粒状的碳载体粒子。碳载体粒子的粒径只要比微细孔的细孔径大就没有特别限定，例如可以为2nm～100nm。碳载体粒子的粒径可以利用3D－TEM等测定。
[0023]碳载体的比表面积为250m2/每g碳～338m2/每g碳。通过抑制为该范围的比表面积，
能够提高催化剂的耐久性。比表面积通过BET法测定。基于BET法的比表面积的测定可以通过以下的工序进行。将碳载体脱气到形成清洁的固体表面为止后，得到氮吸附等温线，在一定温度(通常在1个气压下位于沸点的液体氮的温度)下，将被吸附的气体的量作为气体压力的函数进行测定。接着，相对于从0.05到0.3(或者有时低至0.2)的范围内的P/P0值，制成1/[V
a
((P0/P)－1)]对P/P0(式中，V
a
是在压力P下吸附的气体的量，P0是气体的饱和压力)的曲线。用直线拟合曲线，从切片1/V
m
C和斜率(C－1)/V
m
C(式中，C为常量)得到单分子层体积(V
m
)。试样的表面积可以通过修正为由单一吸附质分子占有的面积从而由单分子层体积确定。
[0024]碳载体的微细孔的面积为48m2/每g碳～74m2/每g碳。通过确保该范围的微细孔的面积，能够担保催化剂的所希望的性能。微细孔的面积是指与微细孔相关的表面积，微细孔定义为内部宽度小于2nm的细孔。微细孔面积通过使用由上述的氮气吸附等温线生成的t－曲线来确定。t－曲线具有作为标准多层厚t的函数绘制图像的吸附的气体的体积，t值在厚度的式子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用的催化剂，其特征在于，包括：具有微细孔的碳载体，和担载于该碳载体的金属；所述金属是铂和铂合金中的至少一者，所述碳载体的比表面积为250m2/每g碳～338m2/每g碳，所述碳载体的所述微细孔的面积为48m2/每g碳～74m...

【专利技术属性】
技术研发人员：清水瞭，堀彰宏，片冈干裕，山本宪司，梅泽道久，
申请(专利权)人：株式会社科特拉，
类型：发明
国别省市：