[发明专利]燃料电池膜电极组合件和其制造方法

权利要求书

1.一种燃料电池膜电极组合件，该燃料电池膜电极组合件在电解 质膜的一个表面侧具有燃料电极(4a)，在该电解质膜的另一表面侧具 有氧化剂电极(4b)，其特征在于

所述燃料电极(4a)和所述氧化剂电极(4b)中的至少一个包括含 非负载型催化剂的催化剂层，所述含非负载型催化剂的催化剂层由未负 载在载体上的一次粒径为0.3纳米至100纳米的金属催化剂纳米颗粒(8) 和电解质树脂(11)组成，所述金属催化剂纳米颗粒(8)的电化学活 性表面积是10m²/g至150m²/g，所述含非负载型催化剂的催化剂层的 层厚度小于或等于10μm。

2.权利要求1所述的燃料电池膜电极组合件，其中所述金属催化 剂纳米颗粒(8)的所述一次粒径是5纳米至10纳米。

3.权利要求1或2所述的燃料电池膜电极组合件，其中所述含非负 载型催化剂的催化剂层的层厚度小于或等于5μm。

4.权利要求1或2所述的燃料电池膜电极组合件，其中所述金属催 化剂纳米颗粒(8)是铂颗粒。

5.权利要求1或2所述的燃料电池膜电极组合件，其中每单位面积 所述含非负载型催化剂的催化剂层的所述金属催化剂纳米颗粒(8)的 量是0.001至10mg/cm²。

6.权利要求1或2所述的燃料电池膜电极组合件，其中所述燃料电 极(4a)和所述氧化剂电极(4b)中的至少一个包括具有多层结构的催 化剂层，所述多层结构中从所述电解质膜(1)侧依次为由所述含非负 载型催化剂的催化剂层构成的第一催化剂层(2c)、和包含电解质树脂 (11)和负载型催化剂颗粒的第二催化剂层(2d)，所述负载型催化剂 颗粒通过在表面积为5至200m²/g的碳颗粒(10)上负载催化剂形成。

7.权利要求6所述的燃料电池膜电极组合件，其中所述第二催化 剂层(2d)的层厚度小于或等于50μm。

8.权利要求6的燃料电池膜电极组合件，其中每单位面积所述第 二催化剂层(2d)的催化剂的量是0.001至0.5mg/cm²。

9.权利要求6的燃料电池膜电极组合件，其中每单位面积的包括 所述第一催化剂层(2c)和所述第二催化剂层(2d)的全部催化剂层的 催化剂的量是0.001至10mg/cm²。

10.权利要求1或2的燃料电池膜电极组合件，其中所述金属催化 剂纳米颗粒(8)的堆积密度是0.1g/cm³至21.37g/cm³。

11.一种制造燃料电池膜电极组合件的方法，所述燃料电池膜电极 组合件包括在电解质膜的一个侧面上的燃料电极(4a)、和在该电解质 膜的另一侧面上的氧电极(4b)，其特征在于

通过使用催化剂墨形成由未负载在载体上的一次粒径为0.3纳米至 100纳米的金属催化剂纳米颗粒(8)和电解质树脂(11)组成的含非负 载型催化剂的催化剂层使得所述金属催化剂纳米颗粒(8)的电化学活 性表面积是10m²/g至150m²/g，作为布置在所述燃料电极(4a)侧和 所述氧电极(4b)侧中的至少一个上的催化剂层，其中所述催化剂墨包 含所述金属催化剂纳米颗粒(8)、所述电解质树脂(11)和水基溶剂。

12.权利要求11所述的制造燃料电池膜电极组合件的方法，其中所 述催化剂墨的粘度是0.05至10Pa·s。

13.权利要求11或12所述的制造燃料电池膜电极组合件的方法， 其中所述含非负载型催化剂的催化剂层的干厚度小于或等于5μm。

14.权利要求11或12所述的制造燃料电池膜电极组合件的方法， 其中通过超声波分散方法进行所述催化剂墨的混合分散。