[發(fā)明專利]燃料電池用陰極催化劑層及其制造方法、包括該陰極催化劑層的燃料電池用膜電極組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680005223.4
• 申請(qǐng)日: 2016-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107112546B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金娟秀;金泰允;劉大鐘;張弘喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 可隆工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M4/92;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 姜虎;陳英俊

本發(fā)明提供一種燃料電池用陰極催化劑層及其制造方法，該燃料電池用陰極催化劑層包含經(jīng)過(guò)熱處理的有序介孔碳，并且，相對(duì)于燃料電池用陰極催化劑層總量，所述經(jīng)過(guò)熱處理的有序介孔碳的含量為1重量％至15重量％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池用陰極催化劑層及其制造方法、包括該陰極催化劑層的燃料電池用膜電極組件。

背景技術(shù)

燃料電池(Fuel cell)是將含在諸如甲醇、乙醇、天燃?xì)獾臒N類物質(zhì)中的氫和氧的化學(xué)反應(yīng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。

這種燃料電池是能夠替代化石能源的清潔能源，具有通過(guò)由單位電池層疊而成的堆結(jié)構(gòu)來(lái)輸出不同范圍的功率的優(yōu)點(diǎn)，由于表現(xiàn)出小型鋰電池的4 倍至10倍的能量密度，作為小型以及移動(dòng)用便攜式電源，備受關(guān)注。

作為燃料電池的代表例，可以舉出聚合物電解質(zhì)型燃料電池(PEMFC： PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cell)、直接氧化型燃料電池(Direct Oxidation FuelCell)。當(dāng)在所述直接氧化型燃料電池中將甲醇用作燃料時(shí)，稱之為直接甲醇燃料電池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)。

雖然所述聚合物電解質(zhì)型燃料電池具有能量密度大、功率高的優(yōu)點(diǎn)，但是存在如下問(wèn)題：需要注意氫氣的管理，并且為了生產(chǎn)作為燃料氣體的氫氣，需要用于重整甲烷、甲醇以及天然氣等的燃料重整裝置等輔助設(shè)備。

與之相反，直接氧化型燃料電池相較于聚合物電解質(zhì)型燃料電池能量密度低，但是易于管理燃料，并且運(yùn)行溫度低，可以在常溫下運(yùn)行，尤其是具有不需要燃料重整裝置的優(yōu)點(diǎn)。

在這種燃料電池系統(tǒng)中，用于實(shí)際發(fā)電的堆具有由數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)單位電池層疊的結(jié)構(gòu)，所述單位電池由膜電極組件(Membrane-Electrode Assembly： MEA)和隔板(Separator，或又稱為雙極板(Bipolar Plate))構(gòu)成。所述膜電極組件具有陽(yáng)極(又名“燃料極”或“氧化電極”)和陰極(又名“空氣極”或“還原電極”)隔著包含氫離子傳導(dǎo)性聚合物的聚合物電解質(zhì)膜布置的結(jié)構(gòu)。

在燃料電池中發(fā)電的原理是，燃料供給到作為燃料極的陽(yáng)極，吸附于陽(yáng)極的催化劑上，燃料被氧化，生成氫離子和電子，此時(shí)生成的電子根據(jù)外部電路到達(dá)作為氧化極的陰極，氫離子通過(guò)聚合物電解質(zhì)膜傳達(dá)至陰極。氧化劑供給到陰極，該氧化劑、氫離子以及電子在陰極的催化劑上反應(yīng)，生成水，并發(fā)電。

由于燃料電池的性能受陽(yáng)極以及陰極的催化劑的性能的影響大，提高催化劑的活性的研究正在活躍進(jìn)行。

尤其是聚合物電解質(zhì)型燃料電池具有在低工作溫度下可以實(shí)現(xiàn)高效率高功率的優(yōu)點(diǎn)，相較于其它燃料電池迅速地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化以及實(shí)用化。

為了實(shí)現(xiàn)聚合物電解質(zhì)型燃料電池商業(yè)化，通過(guò)減少鉑用量來(lái)降低成本是關(guān)鍵。但是，一旦鉑用量減少，則會(huì)在功率和耐久性方面均造成不利。

一般，在具有高比表面積的碳上載有納米尺寸的Pt的Pt/C催化劑用得最多，但是由催化劑的劣化現(xiàn)象導(dǎo)致的耐久性降低成為問(wèn)題。

因此，用于解決因鉑量減少引起的性能和耐久性問(wèn)題的催化劑層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究持續(xù)進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

所要解決的技術(shù)問(wèn)題

一實(shí)施例提供一種燃料電池用陰極催化劑層，其耐久性、功率特性優(yōu)秀，且經(jīng)濟(jì)。

另一實(shí)施例提供一種燃料電池用陰極催化劑層的制造方法。

又一實(shí)施例提供一種膜電極組件，其包括所述燃料電池用陰極催化劑層。

解決技術(shù)問(wèn)題的方案