[發明專利]用于燃料電池的電極、制法及應用該電極的燃料電池

無效

• 申請號: 200610166967.2
• 申請日: 2006-12-15
• 公開（公告）號: CN101202348A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 姜孝郎;趙命東
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋莉

技術領域

本發明涉及用于燃料電池的電極、該電極的制備方法以及應用該電極的燃料電池，更具體地說，本發明涉及這樣的用于燃料電池的電極、該電極的制備方法以及應用該電極的燃料電池，其中該電極與常規電極相比，即使在使用相對少量的粘合劑時也具有優異的斥水性，從而導致載體催化劑的效率最大化。

背景技術

燃料電池是發電系統，其直接將碳氫化合物如甲醇、乙醇和天然氣中的氧和氫的化學能轉化成電能。根據使用的電解質的類型，燃料電池可以分為質子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)等。燃料電池的工作溫度及其組成材料根據在燃料電池中使用的電解質類型而變化。

在燃料電池中產生電的電池組(stack)包含多個(幾個到幾十個)單元電池，每個單元電池包括膜電極組件(MEA)和隔板(或雙極板)。在MEA中，陽極電極和陰極電極相互緊密地粘附在一起，其中聚合物電解質膜插在陽極電極和陰極電極之間。

陽極電極和陰極電極各自包括催化劑層和擴散層。氧化還原反應在催化劑層中進行，催化劑層通過用粘合劑粘合浸漬有催化劑金屬的載體催化劑而制備。

聚苯并咪唑(PBI)基聚合物主要用作在高溫下運行的PEMFC的電解質膜。這樣的電解質膜具有優異的化學穩定性和離子傳導性。然而，當電解質膜含有過多的磷酸時，聚苯并咪唑就會溶解在磷酸中。因此，在使用聚苯并咪唑作為電解質膜之前，將聚苯并咪唑用聚四氟乙烯化學處理。在這種情況中，電極應當是疏水性的，否則電解質膜中的磷酸就會逸出而產生跨接(crossover)。

因此，有關電極上疏水性涂層的研究已經進行，日本專利申請公開1979-095982、1982-208072、1988-048752等公開了在制備電極時使用聚四氟乙烯作為粘合劑。

然而，當過多的聚四氟乙烯粘合劑用作疏水性涂層時，載體催化劑的比表面積降低，電極的槽電阻增加，且由于所希望的斥水性沒有達到從而可導致跨接增加。

發明內容

本發明提供與常規電極相比，即使在使用相對少量的粘合劑時也具有優異的斥水性，從而導致載體催化劑的效率最大化的用于燃料電池的電極、該電極的制備方法以及應用該電極的燃料電池。

根據本發明的一個方面，提供了用于燃料電池的電極，包括含有支撐材料、催化劑和粘合劑的催化劑層，其中該支撐材料的比表面積至少為500m²/g，且基于100重量份支撐材料和催化劑的總量，粘合劑包括0.5-50重量份的氟化乙烯丙烯共聚物。

根據本發明的另一方面，提供了用于燃料電池的電極的制備方法，包括：通過將比表面積至少為500m²/g的支撐材料、催化劑、分散介質和氟化乙烯丙烯共聚物混合制備漿液，其中基于100重量份支撐材料和催化劑的總量，該氟化乙烯丙烯共聚物的量為0.5-50重量份；將該漿液涂覆到電極材料上并干燥所得產物；并將該干燥的所得產物熱處理。

根據本發明的另一方面，提供了應用上述電極的燃料電池。

附圖說明

本發明的上述和其它特征和優點將通過參照附圖對示范性實施方案進行詳細描述而變得更加清楚，其中：

圖1是闡明根據本發明實施方案的燃料電池電極的制備方法的示意性流程圖；

圖2是顯示膜電極組件的電流-電壓性質與單元電池的催化劑裝載量的關系的曲線圖，每個單元電池包括疏水性涂覆的PTFE電解質膜和實施例1中或對比例1中制備的電極；

圖3是顯示電池性能與單元電池的粘合劑量的關系的曲線圖，每個單元電池包括疏水性涂覆的PTFE電解質膜和實施例2-6中制備的電極；

圖4是闡明單元電池長期耐久性的曲線圖，單元電池包括疏水性涂覆的PTFE電解質膜和實施例4中制備的電極。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖更充分地描述本發明，其中將顯示本發明示范性的實施方案。

根據本發明實施方案的用于燃料電池的電極具有優異的斥水性，且維持優異的載體催化劑的比表面積，以使載體催化劑的應用最大化。