[发明专利]燃料电池

说明书

发明领域

本发明涉及燃料电池。更具体地，本发明涉及燃料电池，其包括电解 质和一对布置在所述电解质每一侧上的电极，并且其通过供给电极的反应 性试剂(即，燃料和氧化剂)之间的反应产生电动势。

发明背景

当前存在各种类型的燃料电池，包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、 熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池。例如， 在碱性燃料电池中，阴极充当从水和所提供的气氛中的氧气产生氢氧根离 子的催化剂。产生的氢氧根离子穿过电解质到阳极，阳极充当使氢气与氢 氧根离子反应形成水的催化剂。燃料电池因此经由燃料和空气的反应产生 电动势。

例如，公开的日文翻译PCT申请JP-T-4-502980例如描述了尤其适合 作为碱性燃料电池的电极催化剂的电催化材料。在这种电催化材料中，细 活性炭用作支撑材料，然后在该支撑材料上沉积具有(100)表面的单晶金颗 粒。在上述出版物中描述的碱性燃料电池中，电催化颗粒是高度催化活性 的并将氧气还原成水或氢氧根，以及当存在过氧化氢离子时将过氧化氢离 子还原成水。

然而，用作电催化材料的金是昂贵的金属。因此，如果这种电解材料 用作电极催化剂，则燃料电池的成本将很可能增加。因此，希望开发由不 太贵的材料形成但仍具有高度催化活性的电解材料。

此外，尤其是在阴极中，在从氧气产生氢氧根离子的过程中可能形成 过氧化氢离子。过氧化氢离子是高度反应性的，所以如果它们本身到达电 解质，则它们可能损害电解质，使它劣化。因此，希望通过俘获在阴极形 成的过氧化氢离子或在阴极使它们分解而抑制它们到达电解质。

发明内容

本发明因此提供具有改进的电极的燃料电池，该电极是高度催化活性 的并且可以抑制过氧化氢离子到达电解质，同时降低成本。

本发明的第一个方面涉及燃料电池，它包括电解质以及阳极和阴极， 所述阳极和阴极构成夹持所述电解质布置的电极对。所述阴极包括i)充当 从氧气产生氢氧根离子的反应的催化剂的催化剂颗粒，和ii)俘获过氧化氢 离子的俘获颗粒。

根据这个第一方面的燃料电池，即使阴极中存在过氧化氢离子，那些 过氧化氢离子也可以可靠地被俘获颗粒俘获，因此可以减少到达电解质的 过氧化氢离子的量。因此，可以抑制电解质由于过氧化氢离子引起的劣化， 这改进燃料电池的耐久性。

所述俘获颗粒还可以充当从过氧化氢离子产生氢氧根离子的反应的催 化剂。

这些俘获颗粒使增加阴极中产生的氢氧根离子的量成为可能，从而改 进燃料电池的发电性能。

所述俘获颗粒可以包括选自由氧化铌、二氧化钛、合成沸石、活性炭 和稀土元素组成的组中的至少一种的颗粒。

此外，俘获颗粒可以是富勒烯。

让俘获颗粒是i)包括选自由氧化铌、二氧化钛、合成沸石、活性炭和 稀土元素组成的组中的至少一种的颗粒的颗粒，或ii)富勒烯使得能够可靠 地俘获过氧化氢离子。结果，可以抑制电解质的劣化。

阴极可以包括i)接触所述电解质的一个侧面布置并包括所述俘获颗粒 的俘获层，和ii)接触所述俘获层布置并包括所述催化剂颗粒的催化剂层。

根据这种阴极，即使由催化剂层中的反应形成过氧化氢离子，例如， 俘获层也能够俘获那些过氧化氢离子。因此，可以可靠地抑制过氧化氢离 子到达电解质，因此可以有效地抑制电解质的劣化。

所述阴极可以包括多个电极层，所述电极层之一接触所述电解质布置， 所述多个电极层包括催化剂颗粒和/或俘获颗粒。另外，所述多个电极层可 以布置成使电极层中俘获颗粒与包括催化剂颗粒和俘获颗粒的颗粒的总数 之比从接触所述电解质的那侧上的电极层开始随着远离所述电解质顺序降 低。

也就是说，具有高比例俘获颗粒的电极层可以布置在接触电解质的那 侧上，并且具有高比例催化剂颗粒的电极层可以布置在远离电解质的外电 极层上。因此，即使在外电极层中的产生氢氧根离子的反应中形成过氧化 氢离子，那些过氧化氢离子也可以在向电解质移动时被俘获颗粒俘获。因 此，可以可靠地抑制过氧化氢离子到达电解质，从而有效地抑制电解质的 劣化。

具体来说，传导阴离子的电解质易于由于与过氧化氢离子(它们是阴离 子)的接触而被损害。然而，在具有传导阴离子的电解质的碱性燃料电池的 阴极中提供俘获层抑制电解质受过氧化氢离子的损害。