[發明專利]燃料電池用催化劑擔載體

無效

• 申請號: 201210017723.3
• 申請日: 2005-01-26
• 公開（公告）號: CN102600833A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 太田健一郎;石原顯光;飯生悟史;須藤彰孝
• 申請（專利權）人: 昭和電工株式會社
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J32/00;B01J35/10;H01M4/92
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊光軍;段承恩

本申請是申請號為200580003354.0、發明名稱為“催化劑擔載體及使用該催化劑擔載體的燃料電池”、申請日為2005年1月26日、進入中國國家階段日期為2006年7月27日的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及催化劑擔載體。更詳細講，涉及能夠作為燃料電池的電極催化劑使用的、催化劑金屬被擔載在碳纖維上而形成的催化劑擔載體，其制造方法以及使用該催化劑擔載體的燃料電池。

背景技術

固體高分子型燃料電池，與磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池比較，為緊湊型，并且在室溫下工作就得到高電流密度，因此作為電動汽車用、便攜用電源受到注目。另外，在該領域，提出了關于構成構件、系統構成等的為數較多的方案。現有的固體高分子型燃料電池的疊層(stack)結構，例如為隔膜/電極(氧極)/電解質膜/電極(氫極)/隔膜的三明治結構。作為該燃料電池用電極的要求特性，是防止電極的一氧化碳中毒和提高每單位催化劑金屬量的活性。一直以來，以防止中毒和提高活性為目的，進行著作為催化劑使用金屬或合金的嘗試(特開2001-85020號公報(US6,689,505))，并指出催化劑的粒徑在幾nm為宜。

另一方面，關于用于載體的碳，一直使用通常的炭黑那樣的顆粒狀的碳(特開平8-117598號公報、特開2003-201417號公報(EP1309024)及特開2001-357857號公報)，但因為碳顆粒之間的接觸為點接觸，因此有電阻大、另外透氣性不充分的問題。為了解決這些問題，認為將用于載體的碳從顆粒狀的碳變成纖維狀的碳是有效的(特開平7-262997號公報、特開2003-317742號公報及特開2003-200052號公報)。

作為碳纖維，已知有氣相生長碳纖維(Vapor?Grown?Carbon?Fiber)、碳納米管、PAN系碳纖維。但是，在迄今為止所發表的任何報告中都未公開制作由均勻、高密度地擔載有微細的催化劑顆粒的碳纖維構成的電極的技術。

發明內容

本發明的目的在于提供：能夠提高每單位催化劑金屬量的活性、降低反應電阻、提高輸出功率密度的、適合作為催化劑載體等的氣相碳纖維，在該氣相碳纖維上擔載有金屬催化劑的催化劑擔載體，它們的制造方法，以及在燃料電池中使用的用途。

本發明提供一種燃料電池用催化劑擔載體，其在中心軸上具有中空結構的多層石墨薄層結構的氣相生長碳纖維上擔載有促進氧化還原反應的催化劑金屬，所述氣相生長碳纖維在纖維端部具有有斷裂面的石墨薄層的不連續面，和至少1片石墨薄層的端部與附近的石墨薄層的端部結合而成的連續面。

在上述燃料電池用催化劑擔載體中，所述氣相生長碳纖維的石墨薄層的連續面在圓周方向產生不連續。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，在所述氣相生長碳纖維的一端具有不連續面和連續面。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，在所述氣相生長碳纖維的兩端具有不連續面和連續面。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，在所述氣相生長碳纖維的外側2層的石墨薄層的端部形成遍及全周而結合的連續面，在其他的石墨薄層的端部形成不連續面或者連續面。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，在所述氣相生長碳纖維的外側2層的石墨薄層的端部形成遍及全周而結合的連續面，在其他的石墨薄層的端部的任一個形成不連續面。

進而在燃料電池用催化劑擔載體中，最外層的石墨薄層和從最外層數第4層的石墨薄層，及從最外層數第2層和第3層的相鄰的石墨薄層，分別形成在端部遍及全周而結合的連續面，在其他的石墨薄層的端部的任一個形成不連續面。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，最外層的石墨薄層和從最外層數第6層的石墨薄層，及從最外層數第2層和第5層的石墨薄層，分別形成在端部遍及全周而結合的連續面，在其他的石墨薄層的端部的任一個形成不連續面。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，所述氣相生長碳纖維的一端只形成連續面，另一端具有不連續面和連續面的兩方。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，所述氣相生長碳纖維的兩端具有連續面和不連續面的兩方。

進而在上述燃料電池用催化劑擔載體中，所述氣相生長碳纖維的平均外徑為15-500nm，BET比表面積為4-100m²/g，縱橫比為1-200。

另外本發明還提供了以下所示的催化劑擔載體、其制造方法及其用途。