[發明專利]燃料電池用催化劑、電極、膜-電極組件和燃料電池系統

有效

• 申請號: 201410003336.3
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103943868B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 金熙卓;曹誠庸;宋佳映
• 申請（專利權）人: 可隆工業公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;H01M4/86;B01J32/00;B01J35/08;B01J35/06;B01J23/42
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 金擬粲

用于燃料電池的催化劑包括活性金屬催化劑和負載所述活性金屬催化劑的復合載體。所述復合載體包括球狀載體和纖維狀載體，其中基于所述復合載體的總量，以約5重量%～約40重量%的量包括所述纖維狀載體。另外，還公開了使用其的用于燃料電池的電極、包括所述電極的用于燃料電池的膜?電極組件和包括所述膜?電極組件的燃料電池系統。

技術領域

本公開內容涉及用于燃料電池的催化劑、用于燃料電池的電極、用于燃料電池的膜-電極組件、和使用其的燃料電池系統。

背景技術

燃料電池是用于通過氧化劑與氫氣或包含在基于烴的材料例如甲醇、乙醇或天然氣中的氫的電化學氧化還原反應產生電能的發電系統。

這樣的燃料電池是可代替化石燃料的清潔能源。其包括由單元電池構成的堆并具有產生多種范圍的功率的優點。由于其具有為小型鋰電池的四到十倍高的能量密度，因此其作為小型便攜式電源是突出的。

燃料電池的典型實例包括聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)和直接氧化燃料電池(DOFC)。使用甲醇作為燃料的直接氧化燃料電池稱為直接甲醇燃料電池(DMFC)。

直接氧化燃料電池具有比聚合物電解質膜燃料電池低的能量密度，但具有燃料容易處理、由于其低的運行溫度而在室溫下運行、和不需要另外的燃料重整處理器的優點。另一方面，聚合物電解質膜燃料電池具有高的能量密度和功率輸出的優點。

在上述燃料電池系統中，實質上產生電的堆包括幾個到幾十個彼此相鄰堆疊的單元電池，且各單元電池由膜-電極組件(MEA)和隔板(也稱作雙極板)形成。所述膜-電極組件由被聚合物電解質膜隔開的陽極(也稱作“燃料電極”或“氧化電極”)和陰極(也稱作“空氣電極”或“還原電極”)構成。

在上述燃料電池系統中，燃料供應到陽極并吸附在陽極的催化劑上，然后氧化以產生質子和電子。電子經由外部電路轉移到陰極，和質子通過聚合物電解質膜轉移到陰極。另外，氧化劑供應到陰極，其與質子和電子在陰極的催化劑上反應，由此產生電以及水。

然而，燃料電池由于催化劑的洗脫和再沉積或者負載催化劑的載體的腐蝕而具有性能惡化問題。

發明內容

本發明的實施方式的方面涉及用于燃料電池的催化劑，其能夠抑制由于載體的腐蝕導致的催化劑層的結構崩塌并改善電池性能。

實施方式的方面涉及使用所述催化劑的用于燃料電池的電極。

本發明的實施方式的方面涉及包括所述電極的用于燃料電池的膜-電極組件。

本發明的實施方式的方面涉及包括所述膜-電極組件的燃料電池系統。

根據本發明的一個實施方式，提供用于燃料電池的催化劑，其包括：活性金屬催化劑；和負載所述活性金屬催化劑并包括球狀載體和纖維狀載體的復合載體，其中基于所述復合載體的總量，以約5重量%～約40重量%的量包括所述纖維狀載體。

基于所述復合載體的總量，可以約5重量%～約30重量%的量包括所述纖維狀載體。

所述纖維狀載體相對于所述球狀載體可具有范圍約2～約10的直徑比。

所述球狀載體可包括選自石墨和炭黑的至少一種。所述炭黑選自超導電乙炔炭黑、科琴黑、乙炔黑、槽黑、爐黑、燈黑、熱解炭黑、及其組合。

所述纖維狀載體可包括選自碳納米纖維、石墨化的碳納米纖維、碳納米管、碳納米角、和碳納米線的至少一種。

基于所述催化劑的總量，可以約20重量%～約80重量%的量包括所述復合載體。

根據本發明的另一實施方式，提供用于燃料電池的電極，其包括：電極基底；和設置在所述電極基底上的包括所述催化劑的催化劑層。