[發明專利]催化劑粉末制備方法、催化劑粉末以及燃料電池中的催化劑層無效

申請號：	200810099313.1	申請日：	2008-05-09
公開（公告）號：	CN101304091A	公開（公告）日：	2008-11-12
發明（設計）人：	奧村暢夫;角谷聰;畑中達也	申請（專利權）人：	豐田自動車株式會社
主分類號：	H01M4/86	分類號：	H01M4/86;H01M4/88;B01J37/00
代理公司：	北京東方億思知識產權代理有限責任公司	代理人：	李劍
地址：	日本***	國省代碼：	日本;JP
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摘要：
搜索關鍵詞：	催化劑粉末制備方法以及燃料電池中的
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及催化劑粉末制備方法、催化劑粉末以及燃料電池中的催化劑層。

背景技術

通常，聚合物電解質燃料電池設置有包括電解質膜、形成在電解質膜上的催化劑層、以及形成在催化劑層上的氣體擴散層的膜電極組件(以下稱為“MEA”)。催化劑層包括電解質、以及諸如承載諸如鉑的催化劑的碳的顆粒。在日本專利申請公開號10-189002(JP-A-10-189002)中描述了一種用于催化劑層的形成方法。根據JP-A-10-189002，通過混合催化劑承載顆粒、電解質以及溶劑而獲得漿液。然后，通過使漿液噴霧干燥來制備催化劑顆粒(粉末)。然后，利用諸如乙醇的溶劑使催化劑粉末成為溶液，并將該溶液涂布在用作氣體擴散層的碳紙上。最終，通過濾掉溶劑而形成催化劑層。

在上述燃料電池中，會發生所謂“溢流(flooding)”現象，即指因燃料電池中的電化學反應產生的水以及反應氣體加濕水過度存在，從而妨礙了反應氣體的擴散并劣化了發電性能的情況。此外，還會發生所謂“過干(dry-up)”現象，即指電解質膜中缺少水，從而導致發電性能劣化的情況。但是，根據JP-A-10-189002，并未能充分考慮在制備催化劑粉末時對燃料電池中的過干現象或溢流現象進行抑制。

發明內容

本發明提供了一種催化劑粉末制備方法，催化劑粉末以及對燃料電池中發生過干現象及溢流現象進行抑制的催化劑層。

根據本發明的第一方面的催化劑粉末的制備方法包括以下步驟：形成包含電解質、孔形成材料、以及承載催化劑的催化劑承載顆粒的混合物；利用所述混合物來制備復合粉末，在所述復合粉末中，所述催化劑承載顆粒以及所述電解質附著至所述孔形成材料的周圍；通過將所述孔形成材料從所述復合粉末去除來制備具有中空結構的催化劑粉末。

在根據第一方面的催化劑粉末的制備方法中，通過去除存在于復合粉末顆粒中心的孔形成材料來制備催化劑粉末。因此，在采用該催化劑粉末的燃料電池中，在潮濕狀態期間，水分保持在催化劑粉末中，由此可以抑制溢流現象的發生。另一方面，在干燥狀態期間，保持在催化劑粉末內的水分被排出，由此可以抑制過干現象的發生。此外，相較于具有非中空結構的催化劑粉末，因為將催化劑粉末制成中空顆粒形式，故可以減少對高成本催化劑的使用，并可抑制燃料電池制造成本的上升。

在催化劑粉末的制備方法中，所述孔形成材料可具有在受熱時升華為氣體的特性；并且通過加熱所述復合粉末通過升華作用來去除所述孔形成材料。

此外，所述混合物可形成為漿液，除了所述催化劑承載顆粒、所述電解質以及所述孔形成材料之外，所述漿液還可包含溶劑。此外，可通過噴霧干燥所述漿液來制備所述復合粉末。

可通過向所述催化劑承載顆粒、所述電解質以及所述孔形成材料提供機械能來制備其中所述催化劑承載顆粒以及所述電解質附著至所述孔形成材料的周圍的所述復合粉末。

可通過壓制所述催化劑承載顆粒、所述電解質以及所述孔形成材料來制備所述復合粉末。

所述孔形成材料在所述漿液中的重量比可處于0.1wt％至4.0wt％的范圍內。

所述孔形成材料在所述漿液中的重量比可處于0.3wt％至2.0wt％的范圍內。

在所述復合粉末中，所述孔形成材料的平均顆粒直徑可大于所述催化劑承載顆粒以及所述電解質的平均顆粒直徑。

所述孔形成材料的所述平均顆粒直徑可大致為0.3至0.5μm。

所述孔形成材料可以是選自由樟腦、萘、α-萘酚以及對二氯苯構成的組中的至少一種。

根據本發明的第二方面的一種催化劑粉末包括：電解質；以及承載催化劑的催化劑承載顆粒，所述催化劑粉末具有中空結構。

根據本發明的第三方面的一種燃料電池中的催化劑層包含所述具有中空結構的催化劑粉末。

附圖說明