[發明專利]固體高分子型燃料電池用催化劑及其制造方法

有效

• 申請號: 201880025577.4
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN110537277B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 松谷耕一;橋本渡;海江田武
• 申請（專利權）人: 田中貴金屬工業株式會社
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1007
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 滿鳳;金龍河

本發明涉及在碳粉末載體上負載由鉑和過渡金屬M構成的催化劑粒子而成的固體高分子型燃料電池用催化劑。本發明的催化劑是一種固體高分子型燃料電池用催化劑，其特征在于，構成催化劑粒子的鉑與過渡金屬M的摩爾比(Pt/M)為2.5以上，并且，通過CO吸附法測定的鉑比表面積(S_COMSA)與通過BET法測定的催化劑比表面積(S_BET)之比(S_COMSA/S_BET)為0.26以上且0.32以下。該催化劑可以通過在制備合金催化劑后利用鉑化合物溶液對該合金催化劑進行清洗而在催化劑粒子表面追加地補充鉑來制造。

技術領域

本發明涉及固體高分子型燃料電池用催化劑。特別是涉及對于在固體高分子型燃料電池的陰極(空氣極)中的使用而言有用的催化劑。

背景技術

曾經被稱為下一代發電系統的燃料電池，為了順應這樣的期待，實用化已成為現實，現在處于應該謀求其普及的階段。燃料電池有幾種形式，其中，尤其是固體高分子型燃料電池具有工作溫度低、并且體積小的優點。并且，由于這些優點，固體高分子型燃料電池被認為有希望作為汽車用電源、家庭用電源。固體高分子型燃料電池具有由氫極(陽極)和空氣極(陰極)以及被這些電極夾持的固體高分子電解質膜構成的層疊結構。而且，向氫極供給含有氫的燃料、向空氣極供給氧或空氣，通過在各電極發生的氧化、還原反應來獲取電力。另外，兩電極一般都應用用于促進電化學反應的催化劑與固體電解質的混合體。

作為構成上述電極的催化劑，一直以來廣泛使用負載有作為催化金屬的貴金屬、特別是鉑的鉑催化劑。這是因為，作為催化金屬的鉑在促進燃料極和氫極這兩者的電極反應方面具有高的活性。

為了在降低催化劑成本而減少鉑使用量的同時確保催化活性，針對應用鉑與其他過渡金屬的合金作為催化金屬的合金催化劑的研究例一直以來在增加。例如，已知將鉑與鈷的合金作為催化劑粒子的Pt-Co催化劑在減少鉑使用量的同時也可以發揮出鉑催化劑以上的活性(專利文獻1)。另外，還報道了：為了進一步改良上述Pt-Co催化劑而在鈷的基礎上將錳等其他過渡金屬合金化而得到的三元合金催化劑(專利文獻2)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-27364號公報

專利文獻2：日本特開2011-150867號公報

發明內容

發明所要解決的問題

在此，作為固體高分子型燃料電池所要求的特性，除了初期活性良好以外，還可以列舉耐久性、即催化活性的持續特性。催化劑無法避免隨著時間推移而發生的活性下降(失活)，可以說使直到失活為止的時間延長對于燃料電池的實用化和普及是必要的。特別是，固體高分子型燃料電池的陰極催化劑在約80℃的較高溫度下暴露于強酸性氣氛中并且受到高電位負荷這樣的嚴苛條件下使用，因此，耐久性能的提高成為實用化所面臨的重大課題。

上述Pt-Co催化劑等鉑合金催化劑是迄今為止在成本降低、初期活性的觀點方面進行了一定程度的研究的催化劑。但是，考慮到近年來燃料電池的普及已成為現實這樣的情況，可以說需要進一步改善耐久性。因此，本發明中，關于將鉑與其他金屬合金化而得到的固體高分子型燃料電池用的合金催化劑，提供初期活性優良并且耐久性得到了改善的催化劑。

用于解決問題的方法