专利名称：燃料电池用电极和膜电极接合体的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池用电极和膜电极接合体。进一步详细而言，本发明涉及能够抑制催化剂颗粒的溶出、并且抑制燃料电池在高电流密度下运转时的性能降低的燃料电池用电极和膜电极接合体。
背景技术：
迄今，已提出了如下的阴极电极:其为包含催化剂、阴离子传导聚合物和阳离子传导聚合物的固体聚合物燃料电池用的阴极电极，阴离子传导聚合物与阳离子传导聚合物之间的界面被完全配置在阴极电极中，并且该催化剂埋在该阴离子传导聚合物中(参见专利文献I。)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特许第4334222号
发明内容
_6] 发明要解决的问题然而，在上述专利文献I所记载的阴极电极中，仅用阴离子传导聚合物对催化剂整体进行被覆，未对其被覆结构进行充分研究，因此未能充分利用所添加的催化剂，燃料电池在高电流密度下运转时会存在输出性能不充分的问题。本发明是鉴于这种现有技术所存在的问题而做出的。而且，其目的在于提供抑制催化剂颗粒的溶出、并且燃料电池在高电流密度选运转时能够充分发挥所添加的催化剂的功能的燃料电池用电极和膜电极接合体。
_9] 用于解决问题的方案本发明人为了达到上述目的而反复进行了深入研究。而且，其结果发现，通过使具有阴离子传导性的离子导体和具有阳离子传导性的离子导体构成规定的配置等能够达到上述目的，从而完成了本发明。本发明的燃料电池用电极含有电极材料，所述电极材料包含将催化剂颗粒负载在导电性载体上而成的电极催化剂、以及被覆该电极催化剂的具有阴离子传导性的第I离子导体和具有阳离子传导性的第2离子导体，该第I离子导体以被覆该催化剂颗粒的方式配置，并且该第2离子导体以被覆该第I离子导体和该导电性载体的露出部分的方式配置。本发明的膜电极接合体将上述本发明的燃料电池用电极用于阳极和阴极中的至少一方。发明的效果根据本发明，在含有包含将催化剂颗粒负载在导电性载体上而成的电极催化剂、以及被覆该电极催化剂的具有阴离子传导性的第I离子导体和具有阳离子传导性的第2离子导体的电极材料的燃料电池用电极中，由于第I离子导体以被覆催化剂颗粒的方式配置，并且第2离子导体以被覆第I离子导体和导电性载体的露出部分的方式配置等，因此可以提供抑制催化剂颗粒的溶出、并且抑制燃料电池在高电流密度下运转时的性能降低的、高电流密度的燃料电池用电极和膜电极接合体。
图1是示出本发明的一个实施方式的燃料电池用电极的一个例子的一部分的说明图。图2是示出阳极的反应机理的说明图。图3是示出阴极的反应机理的说明图。图4是示出本发明的一个实施方式的膜电极接合体的一个例子的说明图。图5是示出低加湿条件下相对于各电流密度的电池电压和电阻的测定结果的图表。图6是示出高加湿条件下相对于各电流密度的电池电压和电阻的测定结果的图表。图7是示出以可逆氢电极为基准的循环伏安图的图表。
具体实施例方式以下边参照附图边详细说明本发明的一个实施方式的燃料电池用电极。图1是示出本发明的一个实施方式的燃料电池用电极的一个例子的一部分的说明图。如该图所示，本实施方式的燃料电池用电极含有电极材料10，所述电极材料10包含将催化剂颗粒2负载在导电性载体4上而成的电极催化剂、以及被覆该电极催化剂的具有阴离子传导性的第I离子导体6和具有阳离子传导性的第2离子导体8。此外，第I离子导体6以被覆催化剂颗粒2的方式配置，并且第2离子导体8以被覆第I离子导体6和导电性载体4的露出部分的方式配置。而且，通过采用这种构成，催化剂颗粒的附近被由具有阴离子传导性的第I离子导体所形成的薄于以往的层被覆，其他部分被具有阳离子传导性的第2离子导体被覆。由此，与通过具有阴离子传导性的第I离子导体对催化剂颗粒和导电性载体的整体进行被覆的现有的电极相比，可以抑制燃料电池在高电流密度下运转时的电阻增大这一性能降低，可以维持电流密度较高。此外，由于将催化剂颗粒的附近用具有阴离子传导性的第I离子导体被覆，催化剂颗粒的附近处于碱性环境下，可以抑制催化剂颗粒(例如钼等)的溶解，可以提高耐久性。进而，由于将催化剂颗粒的附近用具有阴离子传导性的第I离子导体被覆，因此催化剂颗粒的附近处于碱性环境下，可以使用镍等过渡金属作为催化剂颗粒。由此，催化剂颗粒的低钼化、非钼化成为可能。由此，催化剂种类的选项增加，能够削减成本。此外，由于将催化剂颗粒的附近用具有阴离子传导性的第I离子导体被覆，因此催化剂颗粒的附近处于碱性环境下且其他部分处于酸性环境下，水循环在催化剂附近进行，可以改变水平衡。进而，从进一步提高上述这种效果的角度来看，理想的是，第I离子导体与催化剂颗粒接触配置，第2离子导体与第I离子导体和导电性载体接触配置。
再者，从更进一步提高上述这种效果的角度来看，优选的是，第I离子导体的平均被覆厚度为0.5nm以上且5nm以下。在这里，平均被覆厚度(\__)由下述(I)式算出。[数学式I]
权利要求
1.一种燃料电池用电极，其特征在于，其含有电极材料，所述电极材料包含将催化剂颗粒负载在导电性载体上而成的电极催化剂、以及被覆该电极催化剂的具有阴离子传导性的第I离子导体和具有阳离子传导性的第2离子导体， 所述第I离子导体以被覆所述催化剂颗粒的方式配置，并且所述第2离子导体以被覆所述第I离子导体和所述导电性载体的露出部分的方式配置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述第I离子导体与所述催化剂颗粒接触配置，并且所述第2离子导体与所述第I离子导体和所述导电性载体接触配置。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述第I离子导体和所述第2离子导体为离子传导性聚合物。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述第I离子导体具有氢氧离子传导性，所述第2离子导体具有氢离子传导性。
5.根据权利要求1 4中的任一项所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述催化剂颗粒含有选自由包含如下至少一种元素的单质、合金、氧化物、氮化物、碳化物、金属络合物以及它们的复合物组成的组中的至少一种物质，所述元素选自由钼、铱、钯、钌、金、银、铜、镍、钻、铁、鹤、铬、钥、钽、银、钛和错组成的组。
6.根据权利要求1 5中的任一项所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述导电性载体含有选自由碳、导电性氧化物、导电性氮化物、导电性碳化物和它们的复合物组成的组中的至少一种物质。
7.一种膜电极接合体，其特征在于，其将权利要求1 6中的任一项所述的燃料电池用电极用于阳极。
8.一种膜电极接合体，其特征在于，其将权利要求1 6中的任一项所述的燃料电池用电极用于阴极。
9.一种膜电极接合体，其特征在于，其将权利要求1 6中的任一项所述的燃料电池用电极用于阳极和阴极。
全文摘要
本发明提供抑制催化剂颗粒的溶出、并且燃料电池在高电流密度下运转时能够充分发挥所添加的催化剂的功能的燃料电池用电极和膜电极接合体。燃料电池用电极含有电极材料，所述电极材料包含将催化剂颗粒负载在导电性载体上而成的电极催化剂、以及被覆该电极催化剂的具有阴离子传导性的第1离子导体和具有阳离子传导性的第2离子导体，该第1离子导体以被覆该催化剂颗粒的方式配置，并且该第2离子导体以被覆该第1离子导体和该导电性载体的露出部分的方式配置。膜电极接合体将上述燃料电池用电极用于阳极和阴极中的至少一方。
文档编号H01M4/86GK103098275SQ20118004317
公开日2013年5月8日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年10月4日
发明者堀部哲史 申请人:日产自动车株式会社