[發明專利]燃料電池用催化劑層、膜電極接合體和燃料電池

有效

• 申請號: 201780055188.1
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN109792058B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 坂田基浩;南浦武史;井村真一郎;石本仁;山崎和哉;信森千穗;島崎幸博;藤井努
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/1004
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

1.一種燃料電池用催化劑層，其具備纖維狀碳材料、催化劑粒子、粒子狀碳材料和質子傳導性樹脂，且具備區域A和區域B，

所述區域A至少包含聚集體狀態的所述纖維狀碳材料，

所述區域B至少包含所述催化劑粒子、所述粒子狀碳材料和所述質子傳導性樹脂，

所述區域A以島狀配置于所述區域B，

所述燃料電池用催化劑層具有第一主面和位于所述第一主面的相反側的第二主面，至少一部分所述區域A連接所述第一主面與所述第二主面，

所述催化劑層的主面方向上的所述區域A的長度Ls、和與所述主面方向垂直的方向上的所述區域A的長度Lt滿足Ls＜Lt的關系。

2.根據權利要求1所述的燃料電池用催化劑層，其中，所述區域A的長徑Lm為1μm～50μm。

3.根據權利要求1或2所述的燃料電池用催化劑層，其中，所述催化劑粒子擔載于所述粒子狀碳材料和所述纖維狀碳材料。

4.根據權利要求1或2所述的燃料電池用催化劑層，其中，所述區域A的體積Va與所述燃料電池用催化劑層的體積V滿足5％≤Va/V≤60％的關系。

5.一種燃料電池，其具備：

電解質膜；

以夾持所述電解質膜的方式配置的第一催化劑層和第二催化劑層；

以分別隔著所述第一催化劑層和所述第二催化劑層而夾持所述電解質膜的方式配置的第一氣體擴散層和第二氣體擴散層；以及

以分別隔著所述第一氣體擴散層和所述第二氣體擴散層而夾持所述電解質膜的方式配置的第一間隔件和第二間隔件，

所述第一催化劑層和所述第二催化劑層中的至少一者為權利要求1所述的燃料電池用催化劑層。

6.一種膜電極接合體，其具有：具備第一主面和第二主面的催化劑層、配置于所述第一主面的氣體擴散層、以及配置于所述第二主面的電解質膜，

所述催化劑層具備纖維狀碳材料、催化劑粒子、粒子狀碳材料和質子傳導性樹脂，

所述纖維狀碳材料具備沿著所述第一主面進行取向的第一纖維狀碳材料、以及沿著所述催化劑層的厚度方向進行取向的第二纖維狀碳材料，

將所述催化劑層的厚度記作T時，

所述催化劑層的從所述第一主面至0.25T為止的第一區域中的所述第一纖維狀碳材料的數量FF₁相對于所述第二纖維狀碳材料的數量SF₁的比例R1即FF₁/SF₁、

所述催化劑層的從所述第二主面至0.25T為止的第二區域中的所述第一纖維狀碳材料的數量FF₂相對于所述第二纖維狀碳材料的數量SF₂的比例R2即FF₂/SF₂、以及

所述催化劑層的除了所述第一區域和所述第二區域之外的第三區域中的所述第一纖維狀碳材料的數量FF₃相對于所述第二纖維狀碳材料的數量SF₃的比例R3即FF₃/SF₃滿足R3＜R1和R3＜R2中的至少一種關系。

7.根據權利要求6所述的膜電極接合體，其中，所述纖維狀碳材料的一部分橫跨所述催化劑層和所述氣體擴散層而存在。

8.根據權利要求6或7所述的膜電極接合體，其中，所述第一主面比所述第二主面粗糙。

9.根據權利要求6或7所述的膜電極接合體，其中，所述催化劑粒子擔載于所述粒子狀碳材料和所述纖維狀碳材料。

10.一種燃料電池，其具備：

電解質膜；

以夾持所述電解質膜的方式配置的第一催化劑層和第二催化劑層；

以分別隔著所述第一催化劑層和所述第二催化劑層而夾持所述電解質膜的方式配置的第一氣體擴散層和第二氣體擴散層；以及

以分別隔著所述第一氣體擴散層和所述第二氣體擴散層而夾持所述電解質膜的方式配置的第一間隔件和第二間隔件，

所述第一催化劑層具備纖維狀碳材料、催化劑粒子、粒子狀碳材料和質子傳導性樹脂，

所述第一催化劑層具有與所述第一氣體擴散層相對的第一主面和位于所述第一主面的相反側的第二主面，

所述纖維狀碳材料具備沿著所述第一催化劑層的所述第一主面進行取向的第一纖維狀碳材料、以及沿著所述第一催化劑層的厚度方向進行取向的第二纖維狀碳材料，

將所述第一催化劑層的厚度記作T時，

所述第一催化劑層的從所述第一主面至0.25T為止的第一區域中的所述第一纖維狀碳材料的數量FF₁相對于所述第二纖維狀碳材料的數量SF₁的比例R1即FF₁/SF₁、

所述第一催化劑層的從所述第二主面至0.25T為止的第二區域中的所述第一纖維狀碳材料的數量FF₂相對于所述第二纖維狀碳材料的數量SF₂的比例R2即FF₂/SF₂、以及

所述第一催化劑層的除了所述第一區域和所述第二區域之外的第三區域中的所述第一纖維狀碳材料的數量FF₃相對于所述第二纖維狀碳材料的數量SF₃的比例R3即FF₃/SF₃滿足R3＜R1和R3＜R2中的至少一種關系。