[发明专利]催化剂组件

说明书

本申请要求于2011年2月4日提交的序号为61/439,545的美国临时申请的权益并要求于2012年1月23日提交的第13/355,853号美国申请的优先权，这些申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种支撑在金属氧化物的基底毛状物(substrate hairs)上的催化剂层。

背景技术

在使针对汽车应用的燃料电池(FC)技术商业化时，可靠性和工作寿命是重要的考虑因素。在使燃料电池车辆成功商业化时，与催化剂耐久性一样重要的是催化剂活性。对于PEMFC应用的高度活性和耐久的催化剂的开发仍然是项重要的挑战。

发明内容

在一个实施例中，一种催化剂组件包括：基底，包括基底基体和从基底基体向外延伸的多个基底毛状物，基底基体包括金属M，所述多个基底毛状物包括金属M的氧化物；催化剂膜，接触基底的至少一部分。所述多个基底毛状物中的至少一部分可以以10纳米至500纳米的平均距离彼此分隔开。所述多个基底毛状物中的至少一部分可以具有10纳米至200纳米的平均厚度尺寸。所述多个基底毛状物中的至少一部分可以具有0.05微米至20微米的平均长度尺寸。所述多个基底毛状物可以包括基于所述多个基底毛状物的总重量的90wt％的金属氧化物。基底基体可以包括在第一方向上沿长度方向延伸的第一分隔线和在第二方向上沿长度方向延伸的第二分隔线以形成具有开口的网格，每个开口通过相邻对的第一分隔线和相邻对的第二分隔线结合，所述多个基底毛状物从第一分隔线和第二分隔线中的至少一个延伸。基底基体可以包括分隔开的基底基体基片，所述多个基底毛状物接触分隔开的基底基体基片中的至少一个。催化剂膜的至少一部分可以包括第一催化剂原子层、暴露的第二催化剂原子层以及位于第一催化剂原子层和第二催化剂原子层之间的多个中间催化剂原子层，其中，催化剂原子层的总数为2至20个原子层。催化剂膜可以接触基底基体和基底毛状物二者。

在另一实施例中，一种形成催化剂组件的方法包括将催化剂膜沉积到基底上，基底包括基底基体和从基底基体径向和/或向外延伸的多个基底毛状物，基底基体包括金属M，所述多个基底毛状物包括金属M的氧化物。所述方法还可以包括：通过使包括金属M的原始基底基体经受氧化，使得包括在原始基底基体的一部分内的金属M被氧化形成金属M的氧化物，来形成多个基底毛状物，其中，原始基底基体的其余的未被氧化的部分变为基底基体。可以利用升高的温度执行氧化。可以利用增加的湿度执行氧化。可以利用气体流执行氧化。可以利用包括氧、氮和二氧化碳中的至少一种的气体流执行氧化。可以在接触用于氧化的原始基底基体之前对气体流进行增湿。

附图说明

图1描绘了根据一个或多个实施例的包括催化剂层的电极组件；

图2A描绘了图1中的催化剂层的放大透视图；

图2B描绘了图2A中的具有基底毛状物的催化剂层的放大图；

图2C 1描绘了图2B中的催化剂层的放大剖视图；

图2C2描绘了图2B中的催化剂层的另一放大剖视图；

图3描绘了用来形成图2B中的基底毛状物的热氧化工艺的非限制性示例；

图4A至图4F以不同程度的放大倍率描绘了对于图3形成的基底毛状物；

图5A描绘了根据一个或多个其它实施例的包括多个分隔开的催化剂区域的催化剂层；

图5B描绘了图5A中的一个催化剂区域的放大图；

图5C描绘了图5B中的催化剂区域的放大图；

图6A至图6C描绘了图5A中的分隔开的催化剂区域的其它示图；

图7描绘了采用根据图5A和图6A至图6C的催化剂区域的电化学电池的剖视图。

具体实施方式

按照所要求的，在此公开了本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的可以以各种可替换的形式实施的示例。附图不一定是按照比例的；会夸大或最小化一些特征，以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体的结构和功能的细节并不被解释为限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基准。

另外，除了另外特别地指明的情况，在描述本发明的较宽范围时，在说明书和权利要求书中的所有数量应被理解为由词语“大约”来修饰。另外，除非与之相反地特别地指出，否则对与本发明有关的作为适合于或优选于特定目的的一组或一类材料的描述是指该组或该类中的任意两个或更多个成分的混合物可以同样地适合或优选。