[发明专利]催化剂、制法、燃料电池、电极及锂空气电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0003551的权益，将其公开内容引入本文作为参考。

技术领域

本公开内容涉及包括活性颗粒的催化剂、所述催化剂的制备方法、包括所述催化剂的燃料电池、包括所述活性颗粒的用于锂空气电池的电极、以及包括所述电极的锂空气电池。

背景技术

燃料电池是直接将来自氢气和氧气的化学反应的能量转化为电能的发电电池。与通常的电池不同，燃料电池可连续发电，除非中断氢气和氧气的外部供应，并且与在多个步骤遭受效率损失的现有发电模式不同的直接发电的能力可产生高达内燃机两倍的效率。

根据所使用的电解质和燃料的类型，燃料电池可分为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、或者固体氧化物燃料电池(SOFC)。

作为由氢气或甲醇和氧气之间的电化学反应产生直流(DC)电的发电系统的PEMFC和DMFC可各自包括具有阳极、阴极、以及设置在所述阳极和所述阴极之间的质子传导膜的膜电极组件(MEA)，向所述阳极供应反应液体或气体。

在所述阳极中，通过催化剂经由氢气或甲醇的氧化产生质子。这些质子穿过所述质子传导膜并且到达所述阴极，在所述阴极中所述质子与氧气在催化剂的存在下反应，从而发电。因此，在具有如上所述的这样的结构的燃料电池中，所述催化剂的作用是关键性的。

PEMFC在阳极和阴极两者中均采用具有分散的Pt颗粒的无定形碳载体。DMFC在阳极中使用PtRu和在阴极中使用Pt，PtRu和Pt以颗粒形式使用或者分散在无定形碳载体中。

催化剂是燃料电池整个制造成本的关键作用因素，并且可对燃料电池的大规模制造和商业化具有关键性影响。因此，对于开发即使其少量使用也呈现高活性的催化剂的需求日益增加。

发明内容

提供包括具有改善的活性的活性颗粒的催化剂、制备所述催化剂的方法、包括所述催化剂的燃料电池、包括所述活性颗粒的用于锂空气电池的电极、以及包括所述电极的锂空气电池。

另外的方面将在以下描述中部分阐明并且部分地将从该描述明晰，或者可通过所呈现实施方式的实践而获知。

根据本发明的一个方面，催化剂包括活性颗粒，所述活性颗粒具有：包括第一金属氧化物的芯，和包括第二金属或其合金与所述第一金属氧化物的还原产物的合金的壳。

根据本发明的另一方面，制备上述催化剂的方法包括：将第一金属氧化物和第二金属前体或者第二金属颗粒混合在一起以获得混合物；和在约400℃或更高对所述混合物进行引起还原的热处理。

所述第一金属氧化物可通过如下制备：将第一金属前体与溶剂混合在一起以获得混合物；以及干燥所述混合物和对所述混合物进行引起氧化的热处理。

所述方法可进一步包括在将所述第一金属前体与所述溶剂混合在一起时加入碳质载体。

根据本发明的另一方面，燃料电池包括阴极、阳极、以及设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质膜，其中所述阴极和阳极的至少一个包括上述催化剂。

根据本发明的另一方面，用于锂空气电池的电极包括活性颗粒，所述活性颗粒具有：包括第一金属氧化物的芯；和包括第二金属与所述第一金属氧化物的还原产物的合金的壳。

根据本发明的另一方面，锂空气电池包括上述电极。

附图说明

由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：

图1为根据本公开内容的实施方式的催化剂的示意图；

图2为示意性地说明根据本发明实施方式的催化剂制备方法的图；

图3为根据本公开内容的实施方式的燃料电池的分解透视图；

图4为形成图3的燃料电池的膜电极组件(MEA)的横截面图；

图5A-5C说明使用扫描透射电子显微镜法与能量色散X射线光谱法(STEM-EDX)的实施例6的催化剂的分析结果；

图5D为实施例6的催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像；

图6A和6B说明对实施例6的催化剂和对比例R6的催化剂的X射线衍射(XRD)分析的结果；

图6C说明对实施例11和12以及对比例3的催化剂的XRD分析的结果；

图7A说明使用X射线光电子能谱法(XPS)的实施例6的催化剂的分析结果；

图7B说明对实施例13和对比例6的催化剂的XRD分析的结果；