[發明專利]催化劑層、其制備方法、使用所述催化劑層的膜電極組件和固體聚合物燃料電池

有效

• 申請號: 200880004458.7
• 申請日: 2008-01-23
• 公開（公告）號: CN101652887A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 中井慎二;久保敬次;大木弘之;小野友裕
• 申請（專利權）人: 株式會社可樂麗
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

1.一種用于聚合物電解質燃料電池的膜電極組件中的催化劑層， 所述膜電極組件包括聚合物電解質膜和被結合到膜上從而將膜夾在中 間的兩個氣體擴散電極，每個氣體擴散電極均由所述催化劑層和氣體 擴散層構成并且每個催化劑層均主要由催化劑粒子和離子傳導性粘合 劑構成，可用作至少一個所述催化劑層的催化劑層的特征在于，所述 離子傳導性粘合劑主要包括粒徑為1μm以下的嵌段共聚物，所述嵌段 共聚物包括具有離子傳導性基團的聚合物嵌段A和不具有離子傳導性 基團的聚合物嵌段B，這兩種聚合物嵌段彼此相分離，聚合物嵌段A 形成連續相，并且嵌段共聚物與催化劑粒子的接觸部分由具有離子傳 導性基團的聚合物嵌段A組成。

2.權利要求1的催化劑層，其中構成聚合物嵌段A的重復單元是 芳族乙烯基化合物單元。

3.權利要求2的催化劑層，其中所述芳族乙烯基化合物選自：苯 乙烯、α-甲基苯乙烯、和其中鍵合至苯環的氫原子被1至3個具有1 至4個碳原子的烷基取代的苯乙烯。

4.權利要求1的催化劑層，其中聚合物嵌段B包括橡膠狀聚合物 嵌段B1。

5.權利要求4的催化劑層，其中聚合物嵌段B1是包括選自下列 的至少一種單元作為重復單元的聚合物嵌段：具有2至8個碳原子的 烯烴單元、具有4至8個碳原子的共軛二烯單元、和其中部分或全部 碳-碳雙鍵被氫化的具有4至8個碳原子的共軛二烯單元。

6.權利要求1的催化劑層，其中聚合物嵌段B包括聚合物嵌段 B1以及與聚合物嵌段A和聚合物嵌段B1相分離的結構保持性聚合物 嵌段B2。

7.權利要求6的催化劑層，其中構成聚合物嵌段B2的重復單元 是芳族乙烯基化合物單元。

8.權利要求6的催化劑層，其中所述嵌段共聚物具有的結構是聚 合物嵌段B1布置在中心，聚合物嵌段B2分別相鄰地布置在聚合物嵌 段B1的每側，并且聚合物嵌段A分別相鄰地布置在聚合物嵌段B2的 每個外側。

9.權利要求1的催化劑層，其中所述離子傳導性基團是選自磺酸 基和膦酸基以及它們的堿金屬鹽和銨鹽的陽離子傳導性基團。

10.權利要求1的催化劑層，其中催化劑粒子間的空間的1～90％ 是空隙。

11.一種制備權利要求1的催化劑層的方法，所述方法包括：將 嵌段共聚物和任選的添加劑分散在水性分散介質中使得共聚物的粒徑 可以為1μm以下，將所得的分散液與催化劑粒子和任選的防水劑混合， 并除去水性分散介質。

12.一種膜電極組件，其使用權利要求1至10中任一項的催化劑 層。

13.一種聚合物電解質燃料電池，其使用權利要求12的膜電極組 件。