[發明專利]燃料電池用催化劑顆粒及其制造方法

有效

• 申請號: 201480009964.0
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN105073254B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 在原一樹;田中裕行
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

技術領域

本發明涉及燃料電池用催化劑顆粒及其制造方法。更詳細而言，本發明涉及能夠實現優異發電性能的燃料電池用催化劑顆粒及其制造方法。

背景技術

固體高分子燃料電池一般具有多個發揮發電功能的單元電池層疊而成的結構。該單元電池通常具備包含高分子電解質膜和將其夾持的一對電極催化劑層的膜電極接合體。并且，各個單元電池的膜電極接合體與隔著隔離體而鄰接的其它單元電池的膜電極接合體進行電連接。通過如此使單元電池堆疊、連接而構成燃料電池堆。而且，該燃料電池堆能夠作為可以用于各種用途的發電手段而發揮功能。

簡單說明固體高分子燃料電池的發電機理。在固體高分子燃料電池運行時，向單元電池的陽極側供給燃料氣體(例如氫氣)，向陰極側供給氧化劑氣體(例如空氣、氧氣)。其結果，在陽極和陰極中分別進行下述反應式(I)和(II)所示的電化學反應，從而產電。

H₂→2H⁺+2e^－…(I)

2H⁺+2e^－+(1/2)O₂→H₂O…(II)

此處，為了提高發電性能，電極催化劑層中的催化活性的提高變得特別重要。以往，作為電極催化劑層的催化劑，公開了如下的催化劑：其具有顆粒狀的基底層和在該基底層上形成的鉑層，鉑層的厚度為0.4nm以上且不足1nm(例如參照專利文獻1)。

現有專利文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-45583號公報

發明內容

然而，本發明人等研究的結果發現，對于專利文獻1記載的催化劑而言，存在催化活性依然不充分的問題。

本發明是鑒于上述現有技術中存在的課題而進行的。并且，本發明的目的在于提供即使在降低貴金屬量的情況下催化活性仍然優異的燃料電池用催化劑顆粒及其制造方法。

本發明的第1方式的燃料電池用催化劑顆粒具備：包含貴金屬以外的金屬、以及貴金屬以外的金屬與貴金屬的合金中的任意者的金屬顆粒、和設置在前述金屬顆粒表面的、厚度為1nm～3.2nm的貴金屬層。

本發明的第2方式的燃料電池用催化劑顆粒的制造方法具有如下的工序：通過使貴金屬以外的金屬的鹽或貴金屬以外的金屬的絡合物分散在溶劑中來制備前體溶液，然后向前述前體溶液中添加還原劑，由此制備金屬顆粒分散液的工序；以及向前述金屬顆粒分散液中添加貴金屬鹽或貴金屬絡合物，由此在金屬顆粒表面形成貴金屬層的工序。

附圖說明

圖1為示意性示出本發明的實施方式的燃料電池用催化劑顆粒的剖視圖。

圖2為示出本發明的實施方式的燃料電池堆的概況的立體圖。

圖3為示意性示出上述燃料電池的基本構成的剖視圖。

圖4為示出實施例1的掃描型電子顯微鏡-能量色散型X射線光譜分析(TEM-EDX)的線分析結果的圖。

圖5為用于說明質量比活性的測定方法的圖表。

圖6為示出實施例中的貴金屬層的厚度與質量比活性的關系的圖表。

具體實施方式

以下，一邊參照附圖一邊對本發明的實施方式的燃料電池用催化劑顆粒及其制造方法進行詳細說明。需要說明的是，以下實施方式中引用的附圖的尺寸比例為了方便說明而有所擴大，有時與實際的比例不同。

[燃料電池用催化劑顆粒]

本發明的實施方式的燃料電池用催化劑顆粒1(以下也簡稱為催化劑顆粒。)如圖1所示，具備金屬顆粒2和設置在金屬顆粒2表面的貴金屬層3。并且，催化劑顆粒1的特征在于貴金屬層3的厚度為1～3.2nm。

本實施方式的催化劑顆粒1與以往相比，較厚地形成了貴金屬層3。即，在貴金屬層3的表面，為了進行由上述反應式(I)和(II)表示的電化學反應而使貴金屬層3的厚度在上述范圍內最優化，因此可以使催化劑顆粒的每單位貴金屬質量的活性(質量比活性)提高。

從促進上述電化學反應的觀點來看，貴金屬層3必須至少含有貴金屬。具體而言，貴金屬層3優選含有選自由鉑(Pt)、鈀(Pd)、金(Au)、銥(Ir)、釕(Ru)、以及銀(Ag)組成的組中的至少一種。另外，貴金屬層3更優選至少含有鉑(Pt)。鉑即使在酸性介質中也難以溶解，而且催化活性優異，因此特別優選作為貴金屬層3的材料。