[發明專利]催化劑層、膜電極接合體和燃料電池

有效

• 申請號: 200880101097.8
• 申請日: 2008-07-23
• 公開（公告）號: CN101765459A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 黑住忠利;獅々倉利一
• 申請（專利權）人: 昭和電工株式會社
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J23/20;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;田欣

技術領域

本發明涉及催化劑層、膜電極接合體和燃料電池。

背景技術

現在，在燃料電池的陰極(空氣極)表面、陽極(燃料極)表面上設置有含 有電極用催化劑(下文中也稱作“電極催化劑”)的層(下文中也稱作“催化 劑層”)。

作為該電極催化劑，一直使用在高電勢下穩定且催化能力高的鉑催化 劑。但鉑價格高，并且資源有限，所以在努力開發可代替鉑的催化劑。

作為代替鉑催化劑的在陰極中使用的電極催化劑，近年來金屬氧化物 電極催化劑受到關注。金屬氧化物一般在酸性電解質中、在高電勢下不被 腐蝕，穩定存在。另外，通過使用金屬氧化物在電極表面形成電極催化劑 的層，可以使電極本身穩定存在。

例如在專利文獻1(特開2004-95263號公報)中，作為使用金屬氧化物 的電極催化劑提出了WO₃、TiO₂、ZrO₂、PtO、Sb₂O₄或Sb₂O₃的燃料電 池用催化劑。但該燃料電池用催化劑要與鉑一起使用，尚存在改善的余地。

另外，在專利文獻2(特開2005-63677號公報)中，提出了使用氧化釕、 氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鈷、氧化鎳或氧化鎢作為電極催化劑的燃 料電池。但使用這些金屬氧化物的電極催化劑存在氧還原能力低的問題。

專利文獻1：特開2004-95263號公報

專利文獻2：特開2005-63677號公報

發明內容

本發明的課題是解決上述現有技術中的問題，本發明的目的在于提供 含有具有較高的氧還原能力的電極催化劑的催化劑層、含有該層的膜電極 接合體、和燃料電池。

本發明人為了解決上述現有技術的問題進行了深入研究，結果發現由 特定的制造方法得到的金屬化合物形成的電極催化劑具有較高的氧還原能 力，可以在催化劑層中理想應用，從而完成本發明。

本發明涉及例如下面的(1)～(14)。

(1)一種催化劑層，含有電極催化劑，所述電極催化劑由金屬鹽

或金屬配合物水解得到的金屬化合物形成。

(2)根據(1)所述的催化劑層，其特征在于，構成所述電極催化劑的

金屬元素是選自鈮、鈦、鉭和鋯中的一種金屬元素。

(3)根據(1)所述的催化劑層，其特征在于，構成所述電極催化劑的 金屬元素是鈮或鈦。

(4)根據(1)～(3)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，所述電極 催化劑是粉末。

(5)根據(1)～(4)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，所述金屬 鹽是選自金屬醇鹽、金屬羧酸鹽和金屬鹵化物中的一種金屬鹽。

(6)根據(1)～(5)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，所述電極 催化劑的BET比表面積在1～1000m²/g的范圍。

(7)根據(1)～(6)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，所述電極 催化劑的電離勢在4.9～5.5eV的范圍。

(8)根據(1)～(7)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，所述電極 催化劑是通過使所述金屬化合物粉碎得到的。

(9)根據(1)～(8)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，所述電極 催化劑是通過對所述金屬化合物進行熱處理得到的。

(10)根據(9)所述的催化劑層，其特征在于，所述熱處理中熱處理溫 度為400～1200℃。

(11)根據(1)～(10)的任一項所述的催化劑層，其特征在于，還含有電 子傳導性粒子。

(12)一種膜電極接合體，具有陰極、陽極、和配置在所述陰極和所 述陽極之間的電解質膜，其特征在于，所述陰極具有(1)～(11)的任一項所述 的催化劑層。

(13)一種燃料電池，其特征在于，具有(12)所述的膜電極接合體。

(14)根據(13)所述的燃料電池，其特征在于，是固體高分子型燃料 電池。

本發明的催化劑層含有特定的電極催化劑，該電極催化劑具有較高的 氧還原能力，在酸性電解質中即使在高電勢條件下也不易腐蝕，穩定存在。

附圖說明

圖1是評價實施例1的燃料電池用電極(1)的氧還原能力的圖。