[發(fā)明專利]燃料電池電極用催化劑墨、膜電極接合體、燃料電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280033683.X
• 申請(qǐng)日: 2012-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN103688397A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雨宮一樹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;B01J23/42;H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 段承恩;楊光軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及為了制造燃料電池的電極而使用的催化劑墨、使用該催化劑墨制造的膜電極接合體、具備該膜電極接合體的燃料電池。

背景技術(shù)

通過燃料氣體和氧化劑氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的燃料電池，作為能源受到注目。該燃料電池有作為電解質(zhì)膜使用固體高分子電解質(zhì)膜的固體高分子型燃料電池。而且，在固體高分子型燃料電池中，一般地使用在電解質(zhì)膜的兩面分別接合電極（催化劑層）而成的膜電極接合體。在該膜電極接合體中，電極通過在電解質(zhì)膜的表面涂布催化劑墨并使其干燥而形成。該催化劑墨包含：擔(dān)載了催化劑的粒子即催化劑擔(dān)載粒子、具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的離聚物、和使催化劑擔(dān)載粒子以及離聚物分散的分散溶劑。

可是，在膜電極接合體的制造時(shí)，在使涂布于電解質(zhì)膜的表面的催化劑墨干燥來形成電極時(shí)，有時(shí)電極發(fā)生龜裂。而且，該電極的龜裂促進(jìn)電解質(zhì)膜的劣化，使膜電極接合體以及燃料電池的耐久性惡化。于是，以往關(guān)于催化劑墨曾提出了各種的技術(shù)（例如參照下述專利文獻(xiàn)1～3）。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:特開2008-041514號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:特開2009-059694號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3:特開2004-220979號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4:特開2009-301938號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)5:特開2008-047401號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

可是，上述專利文獻(xiàn)中記載的催化劑墨，關(guān)于抑制膜電極接合體的電極中發(fā)生的龜裂，有改善的余地。

本發(fā)明是為了解決上述的課題而完成的，其目的是抑制在燃料電池的電極、即用于燃料電池的膜電極接合體的電極中發(fā)生的龜裂。

本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下的方式或應(yīng)用例實(shí)現(xiàn)。

［應(yīng)用例1］

一種燃料電池電極用催化劑墨，其包含：

擔(dān)載了催化劑的粒子即催化劑擔(dān)載粒子；

具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的離聚物；和

使上述催化劑擔(dān)載粒子以及上述離聚物分散的分散溶劑，

上述催化劑擔(dān)載粒子的每單位比表面積的上述離聚物的吸附量為0.1mg/m²以上。

［應(yīng)用例2］

一種燃料電池電極用催化劑墨，其包含：

擔(dān)載了催化劑的粒子即催化劑擔(dān)載粒子；

具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的離聚物；和

使上述催化劑擔(dān)載粒子以及上述離聚物分散的分散溶劑，

上述離聚物的向上述催化劑擔(dān)載粒子的表面單層的分子吸附量為0.1mg/m²以上。

［應(yīng)用例3］

一種燃料電池電極用催化劑墨，其包含：

擔(dān)載了催化劑的粒子即催化劑擔(dān)載粒子；

具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的離聚物；和

使上述催化劑擔(dān)載粒子以及上述離聚物分散的分散溶劑，

上述離聚物的向上述催化劑擔(dān)載粒子的表面單層的分子吸附量的飽和吸附量為0.2mg/m²以上。

本申請(qǐng)發(fā)明人對(duì)于催化劑墨著眼于以往沒有著眼的新的參數(shù)、即催化劑擔(dān)載粒子的每單位比表面積的離聚物的吸附量、離聚物的向催化劑擔(dān)載粒子的表面單層的分子吸附量、離聚物的向催化劑擔(dān)載粒子的表面單層的分子吸附量的飽和吸附量。而且，本申請(qǐng)發(fā)明人實(shí)驗(yàn)性地發(fā)現(xiàn)：通過將催化劑擔(dān)載粒子的每單位比表面積的離聚物的吸附量設(shè)為0.1mg/m²以上（應(yīng)用例1）、或者通過將離聚物的向催化劑擔(dān)載粒子的表面單層的分子吸附量設(shè)為0.1mg/m²以上（應(yīng)用例2）、或者通過將離聚物的向催化劑擔(dān)載粒子的表面單層的分子吸附量的飽和吸附量設(shè)為0.2mg/m²以上（應(yīng)用例3），能夠抑制在燃料電池（膜電極接合體）的電極中發(fā)生的龜裂。

［應(yīng)用例4］

一種膜電極接合體，是被用于燃料電池的膜電極接合體，具備：

電解質(zhì)膜；和

電極，該電極是通過在上述電解質(zhì)膜的表面涂敷應(yīng)用例1～3的任一項(xiàng)所述的燃料電池用催化劑墨而形成的。

應(yīng)用例4的膜電極接合體，由于能夠抑制膜電極接合體中的電極的龜裂，因此能夠使燃料電池的耐久性提高。

［應(yīng)用例5］

一種燃料電池，其具備：

應(yīng)用例4所述的膜電極接合體；和

配置于上述膜電極接合體的兩面的隔板。

應(yīng)用例5的燃料電池，由于能夠抑制膜電極接合體中的電極的龜裂，因此能夠使燃料電池的耐久性を提高。

附圖說明