[发明专利]催化剂层、膜电极接合体和燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂层、膜电极接合体和燃料电池。

背景技术

现在，在燃料电池的阴极(空气极)表面、阳极(燃料极)表面上设置有含 有电极用催化剂(下文中也称作“电极催化剂”)的层(下文中也称作“催化 剂层”)。

作为该电极催化剂，一直使用在高电势下稳定且催化能力高的铂催化 剂。但铂价格高，并且资源有限，所以在努力开发可代替铂的催化剂。

作为代替铂催化剂的在阴极中使用的电极催化剂，近年来金属氧化物 电极催化剂受到关注。金属氧化物一般在酸性电解质中、在高电势下不被 腐蚀，稳定存在。另外，通过使用金属氧化物在电极表面形成电极催化剂 的层，可以使电极本身稳定存在。

例如在专利文献1(特开2004-95263号公报)中，作为使用金属氧化物 的电极催化剂提出了WO₃、TiO₂、ZrO₂、PtO、Sb₂O₄或Sb₂O₃的燃料电 池用催化剂。但该燃料电池用催化剂要与铂一起使用，尚存在改善的余地。

另外，在专利文献2(特开2005-63677号公报)中，提出了使用氧化钌、 氧化钛、氧化钒、氧化锰、氧化钴、氧化镍或氧化钨作为电极催化剂的燃 料电池。但使用这些金属氧化物的电极催化剂存在氧还原能力低的问题。

专利文献1：特开2004-95263号公报

专利文献2：特开2005-63677号公报

发明内容

本发明的课题是解决上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供 含有具有较高的氧还原能力的电极催化剂的催化剂层、含有该层的膜电极 接合体、和燃料电池。

本发明人为了解决上述现有技术的问题进行了深入研究，结果发现由 特定的制造方法得到的金属化合物形成的电极催化剂具有较高的氧还原能 力，可以在催化剂层中理想应用，从而完成本发明。

本发明涉及例如下面的(1)～(14)。

(1)一种催化剂层，含有电极催化剂，所述电极催化剂由金属盐

或金属配合物水解得到的金属化合物形成。

(2)根据(1)所述的催化剂层，其特征在于，构成所述电极催化剂的

金属元素是选自铌、钛、钽和锆中的一种金属元素。

(3)根据(1)所述的催化剂层，其特征在于，构成所述电极催化剂的 金属元素是铌或钛。

(4)根据(1)～(3)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极 催化剂是粉末。

(5)根据(1)～(4)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述金属 盐是选自金属醇盐、金属羧酸盐和金属卤化物中的一种金属盐。

(6)根据(1)～(5)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极 催化剂的BET比表面积在1～1000m²/g的范围。

(7)根据(1)～(6)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极 催化剂的电离势在4.9～5.5eV的范围。

(8)根据(1)～(7)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极 催化剂是通过使所述金属化合物粉碎得到的。

(9)根据(1)～(8)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极 催化剂是通过对所述金属化合物进行热处理得到的。

(10)根据(9)所述的催化剂层，其特征在于，所述热处理中热处理温 度为400～1200℃。

(11)根据(1)～(10)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，还含有电 子传导性粒子。

(12)一种膜电极接合体，具有阴极、阳极、和配置在所述阴极和所 述阳极之间的电解质膜，其特征在于，所述阴极具有(1)～(11)的任一项所述 的催化剂层。

(13)一种燃料电池，其特征在于，具有(12)所述的膜电极接合体。

(14)根据(13)所述的燃料电池，其特征在于，是固体高分子型燃料 电池。

本发明的催化剂层含有特定的电极催化剂，该电极催化剂具有较高的 氧还原能力，在酸性电解质中即使在高电势条件下也不易腐蚀，稳定存在。

附图说明

图1是评价实施例1的燃料电池用电极(1)的氧还原能力的图。