[发明专利]含无机和/或有机酸的催化剂油墨及其在制备电极、催化剂涂覆的膜、气体扩散电极和膜电极单元中的用途

权利要求书

1.一种催化剂油墨，其包含：

(a)作为组分A的一种或多种催化剂材料；

(b)作为组分B的溶剂组分；和

(c)至少一种选自磷酸、多磷酸、硫酸、硝酸、HClO₄、有机膦酸、无机膦酸、三氟甲磺酸及其混合物的酸。

2.根据权利要求1的催化剂油墨，其中所述催化剂材料包含至少一种贵金属，尤其是铂、钯、铑、铱和/或钌及其合金作为催化活性组分，其中所述催化活性组分可包含一种或多种贱金属作为合金化添加剂，其中所述贱金属优选选自铬、锆、镍、钴、钛、钨、钼、钒、铁和铜，上述贵金属和/或贱金属的氧化物也可用作催化剂材料，且其中所述催化活性组分可以以负载型催化剂或无载体催化剂形式存在，其中在负载型催化剂的情况下，优选使用导电炭，尤其优选选自炭黑、石墨和活性炭的导电炭作为载体。

3.根据权利要求1或2的催化剂油墨，其中所述溶剂组分为含水介质，优选水。

4.根据权利要求1-3中任一项的催化剂油墨，其中所述至少一种酸为磷酸。

5.根据权利要求1-4中任一项额催化剂油墨，其中所述催化剂油墨包含：

(a)2-30重量％，优选2-25重量％，尤其优选3-20重量％组分A，

(b)64-97.9重量％组分B，和

(c)0.1-6重量％组分C，

其中组分A、B和C之和为100重量％。

6.根据权利要求1-5中任一项的催化剂油墨，其中所述催化剂油墨进一步包含组分D：

(d)至少一种全氟化聚合物，优选至少一种全氟化磺酸聚合物。

7.根据权利要求6的催化剂油墨，其中所述催化剂油墨包含基于该催化剂油墨中组分A、B和C的总量为0.1-4重量％，优选0.1-3重量％的量的组分D。

8.根据权利要求1-7中任一项的催化剂油墨，其中所述催化剂油墨进一步包含组分E：

(e)至少一种表面活性剂，优选选自阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，尤其优选含氟表面活性剂如通式CF₃-(CF₂)_p-X的表面活性剂，其中p＝3-12，X选自-SO₃H、-PO₃H₂和-COOH，例如十七氟辛酸的四乙铵盐；辛基酚聚(乙二醇醚)x，其中x例如可为10；壬基酚乙氧基化物；萘磺酸缩合物的钠盐；主要为线性脂肪醇的烷氧基化产物；氧化乙烯和氧化丙烯的烷氧基化物，尤其是式HO(CH₂CH₂O)_nH的聚乙二醇；以及β-萘酚乙氧基化物。

9.一种制备根据权利要求1-8中任一项的催化剂油墨的方法，包括将组分A、B、C，任选D和任选E混合。

10.根据权利要求1-8中任一项的催化剂油墨或通过权利要求9的方法制备的催化剂油墨在制备催化剂涂覆的膜、气体扩散电极、膜-电极组件或燃料电池中的用途。

11.一种催化剂涂覆的膜，其包含具有上侧和下侧的聚合物电解质膜，其中催化活性层通过将根据权利要求1-8中任一项的催化剂油墨或根据权利要求9所制备的催化剂油墨施加至聚合物电解质膜上而制备，其中所述电解质膜已被施加至上侧和下侧二者之上。

12.一种气体扩散电极，其包含气体扩散层和通过将根据权利要求1-8中任一项的催化剂油墨或根据权利要求9所制备的催化剂油墨施加至所述气体扩散层而制备的催化活性层。

13.一种膜-电极组件，其包含其具有上侧和下侧的聚合物电解质膜，其中将基于根据权利要求1-8中任一项的催化剂油墨或根据权利要求9所制备的催化剂油墨而制备的催化活性层施加至上侧和下侧二者之上，并将气体扩散层施加至各催化活性层上。

14.一种燃料电池，其包含至少一个根据权利要求13的膜-电极组件。

15.根据权利要求1-8中任一项的催化剂油墨或根据权利要求9所制备的催化剂油墨在制备膜-电极组件的催化活性层中的用途。