[发明专利]碱性燃料电池电极催化剂，碱性燃料电池，碱性燃料电池电极催化剂的生产方法以及碱性燃料电池的生产方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及碱性燃料电池电极催化剂和使用该电极催化剂的碱性燃料电池以及碱性燃料电池电极催化剂和碱性燃料电池的生产方法。 

相关现有技术的描述

日本专利No.3360485公开了一种使用来自甲烷或甲醇的重整气作为燃料的燃料电池。在日本专利No.3360485的燃料电池中，阳极电极(燃料电极)具有由作为燃料供应的甲烷或甲醇制备纯氢的功能。具体地，这种阳极电极是三层构造的，即，与电解质膜接触的催化剂内层，放置在催化剂内层外侧上的多孔基础材料，以及放置在多孔基础材料外侧上的催化剂外层。将铂催化剂用于催化剂内层和催化剂外层中。 

根据日本专利No.3360485，当对燃料电池的阳极电极供应燃料例如甲烷或类似物时，将燃料中的氢提取出来并且主要由于催化剂外层的催化剂颗粒的作用分离为质子和电子，且在其它催化剂颗粒上再次接收到电子以便形成氢气。在该时间产生的一氧化碳(CO)吸收并且保留在催化剂外层中的催化剂颗粒中。在阳极电极的催化剂外层中产生的氢气穿过多孔基础材料到达催化剂内层。通过催化剂内层的催化剂颗粒的作用再次将氢气分离为电子和质子，且质子穿过电解质膜到达阴极电极(氧电极)。 

也就是说，根据日本专利No.3360485，在阳极电极的催化剂外层中产生了纯氢，且在同一时间还产生的CO或类似物直接变为吸收到催 化剂外层中。因此，仅有纯氢运动到多孔基础材料中以便多孔基础材料的内部充满纯氢。结果为仅有纯氢扩散到催化剂内层中。因此甚至在使用其中含碳的燃料，例如甲烷，甲醇等的情况中，催化剂内层上的CO的负面影响是有限的且阳极电极的工作是可靠的。 

为了改进燃料电池的发电性能，期望开发具有高催化活性的电极催化剂。此外，特别是在其中使用不是纯氢的燃料，例如醇或类似物的情况中，重要的是通过分解燃料而有效提取氢并且因此改进燃料的利用速率。 

在这一方面，日本专利No.3360485提供了一种技术，对于其中使用甲烷或甲醇作为燃料的情况，其由甲烷或类似物产生纯氢并且将纯氢供应到催化剂内层中以便抑制催化剂内层的阳极电极上CO的负面影响。但是，日本专利No.3360485并不涉及由作为燃料的甲烷或甲醇提取氢时实现高效率。在这样的情况中，即其中如日本专利No.3360485那样，由催化剂外层中的甲烷或类似物产生氢气，并且将其供应到催化剂内层，由催化剂内层的氢气产生质子，在催化剂的外层和催化剂的内层进行两步催化反应。因此可以认为阳极电极的催化反应速率下降并且燃料电池的发电性能将会降低。 

另外，日本专利No.3360485公开的燃料电池使用了质子交换膜最为电解质膜，以至于发电反应在酸性环境下进行。相反，碱性燃料电池使用允许阴离子渗透穿过的电解质膜，以便发电反应在碱性环境下进行。因此，在碱性燃料电池中，在酸性环境中倾向于退化的金属可以用作电极催化剂。因此，由于用作电极催化剂的金属可以选自广泛的多种选择，期望开发具有高催化活性而通过使用非铂(Pt)的金属获得电极催化剂成本降低的电极催化剂。此外，即使非纯氢燃料直接供应到电极催化剂中，提高的电极催化活性仍将使得获得高燃料电池输出称为可能，因此，期望开发当扩展燃料电池的燃料的选择范围时可以有效地通过分解供应的燃料提取氢并由此改进燃料的利用速率、以便进一步改进碱性燃料电池的发电性 能的电极催化剂。 

发明概述

本发明提供了一种改进以便提高碱性燃料电池电极催化剂的催化剂功能的碱性燃料电池电极催化剂，和用于生产碱性燃料电池电极的方法，以及使用这种电极催化剂的碱性燃料电池，和生产碱性燃料电池的方法。 

根据本发明第一方面的碱性燃料电池电极催化剂包括：含有铁、钴和镍中至少一种的第一催化剂颗粒；含有铂和钌中至少一种的第二催化剂颗粒；以及其上负载有第一催化剂颗粒和第二催化剂颗粒中至少一种的载体。 

在根据本发明第一方面的碱性燃料电池电极催化剂中，第一催化剂颗粒可以包括铁、钴和镍。 

在根据本发明第一方面的碱性燃料电池电极催化剂中，第二催化剂颗粒可以包括铂和钌。 

在根据本发明第一方面的碱性燃料电池电极催化剂中，第一催化剂颗粒和第二催化剂颗粒都可以负载于单一载体上。第一催化剂颗粒和第二催化剂颗粒还可以负载于催化剂层中的每一种载体上。 

根据本发明第一方面的碱性燃料电池电极催化剂可以进一步包括其中被提供有多种载体的催化剂层，其中在催化剂层中提供了其上至少负载有第一催化剂颗粒的第一载体和其上至少负载有第二催化剂颗粒的第二载体。