[發(fā)明專利]燃料電池用電極催化劑及其制造方法、燃料電池用催化劑承載電極以及燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410377838.2
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104347885B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伊藤裕也;福永聰洋
• 申請（專利權(quán)）人: 鈴木株式會社
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92;H01M4/86
• 代理公司: 北京格羅巴爾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11406
• 代理人: 方志煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池用電極催化劑及其制造方法、燃料電池用催化劑承載電極以及燃料電池。

背景技術(shù)

使用高分子材料作為電解質(zhì)的固體高分子型燃料電池(PEFC：polymer electrolyte fuel cell)為高輸出，且能夠容易進(jìn)行小型化，因此主要使用于車載動力(例如，燃料電池車)、定置電源等。近年來，在進(jìn)行以PEFC的進(jìn)一步高性能化為目的的各種研發(fā)。

當(dāng)前，對于PEFC的電極催化劑而言，在作為碳材料的碳(C)載體承載有鉑(Pt)的Pt/C催化劑成為主流。但是，鉑表現(xiàn)出較高的催化劑性能，另一方面卻是稀少且昂貴的貴金屬，因此為了更低成本地制造PEFC，尋求減少昂貴的鉑的使用量。

作為能夠減少鉑的使用量的電極催化劑之一，可列舉在碳載體承載有鉑－鈷合金(PtCo)的鉑－鈷合金催化劑(PtCo/C催化劑)。PtCo/C催化劑由于發(fā)現(xiàn)比Pt/C催化劑高的催化劑活性(氧還原反應(yīng)活性)這一點(diǎn)而備受關(guān)注。

在此，在專利文獻(xiàn)1中記載有，優(yōu)選Pt與Co的混合比(重量比)為Pt：Co＝6：1～3：2。另外記載有，即使輔助金屬(Co)的比率提高，但催化劑活性會降低，而且，在制造工序中未被合金化而是單獨(dú)被承載的輔助金屬(Co)的產(chǎn)生比例有可能增加(段落0011)。

而且，在專利文獻(xiàn)2中記載有，優(yōu)選Pt與Co的混合比(重量比)為Pt：Co＝1：1～5：1。

另外，在專利文獻(xiàn)3中記載有，優(yōu)選Pt與Co的混合比(摩爾比)為Pt：Co＝2：1～9：1。

但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)1～專利文獻(xiàn)3的記載，以往，在PtCo/C催化劑中，通常將Pt與Co的混合比(質(zhì)量比和摩爾比)設(shè)為Pt≥Co。

其理由設(shè)想為，像專利文獻(xiàn)1所記載的那樣，主要發(fā)揮催化劑活性的是鉑，因此若Co的比率提高，則催化劑活性降低，而且，在制造工序中未有效地進(jìn)行PtCo的合金化，而是單獨(dú)地被C載體承載的Co的比例增加(段落0011)。

另外，在專利文獻(xiàn)1中記載有通過提高Co的比率而能夠減少Pt的使用量并降低催化劑成本這樣的優(yōu)點(diǎn)(段落0011)。但是，雖然具有成本降低的優(yōu)點(diǎn)，但是存在催化劑活性降低的缺點(diǎn)，因此設(shè)想即使是最大限度也只能設(shè)為Pt：Co＝1：1。

即，在現(xiàn)實(shí)情況的PtCo/C催化劑中，沒能既大幅度減少PtCo合金中的Pt的使用量又獲得期望的催化劑活性。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2003－142112

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005－129457

專利文獻(xiàn)3：日本特開2006－179427

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

針對上述情況，本發(fā)明的目的在于提供采用了既能夠大幅度減少PtCo合金中的Pt的使用量又能夠獲得與Pt/C催化劑同等以上質(zhì)量活性的PtCo/C的燃料電池用電極催化劑及其制造方法、燃料電池用催化劑承載電極以及燃料電池。

用于解決問題的方案

本發(fā)明是為了達(dá)到上述目的而做成的，其是一種燃料電池用電極催化劑，其在碳載體上承載了合金，該合金包括由貴金屬與賤金屬，該燃料電池用電極催化劑的特征在于，上述合金中貴金屬與賤金屬的摩爾比、即賤金屬/貴金屬比為4～9。

另外，上述賤金屬/貴金屬比表示制造時(所謂的下料時)的混合比。

上述賤金屬/貴金屬比進(jìn)一步優(yōu)選為5～9，最優(yōu)選為7。上述貴金屬優(yōu)選為鉑，上述賤金屬優(yōu)選為鈷。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種燃料電池用催化劑承載電極，該燃料電池用催化劑承載電極包括具有上述燃料電池用電極催化劑的催化劑層。而且另一技術(shù)方案是一種燃料電池，該燃料電池包括上述燃料電池用催化劑承載電極。

另外，本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種燃料電池用電極催化劑的制造方法，其特征在于，包括以下工序：向含有貴金屬前體與賤金屬前體的混合溶液中添加親水性聚合物的工序；在上述添加后的混合溶液中浸漬載體的工序；在氫氣氛中對上述浸漬后的載體進(jìn)行加熱的工序；以及在氮?dú)夥罩袑ι鲜黾訜岷蟮妮d體進(jìn)行燒制的工序；含有上述貴金屬前體與賤金屬前體的混合溶液中的貴金屬與賤金屬的摩爾比、即賤金屬/貴金屬比為4～9。

另外，上述賤金屬/貴金屬比表示制造時(所謂的下料時)的混合比。

本發(fā)明的燃料電池用電極催化劑的制造方法在其實(shí)施方案中，上述親水性聚合物是從由聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇構(gòu)成的組中選擇的至少1種親水性聚合物。