[发明专利]复合物、含其的催化剂、含其的燃料电池和锂空气电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年1月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0008531的权益，将其公开内容全部引入本文作为参考。

技术领域

本公开内容涉及复合物、包括所述复合物的催化剂、包括所述催化剂的燃料电池(cell)、和包括所述催化剂的锂空气电池(battery)。

背景技术

燃料电池是将来自氢和氧的化学反应的能量直接转化为电能的发电电池(power generating cell)。与通常的蓄电池(battery)不同，燃料电池可持续发电，直到氢和氧的外部供应被中断；并且该直接发电的能力(其与经过多个步骤之后有效率损失缺点的现有发电模式不同)可导致是内燃机的两倍高的效率。

根据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)、和固体氧化物燃料电池(SOFC)。

PEMFC和DMFC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，其可各自包括具有如下的膜-电极组件(MEA)：反应液体或气体被供应至其的阳极，阴极，和设置在所述阳极和所述阴极之间的质子传导膜。

在所述阳极中，通过借助于催化剂的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，催化剂的作用是至关重要的。

在PEMFC的阳极和阴极两者中，分散的Pt颗粒固溶(solid-solutionize)在无定形碳载体中。DMFC在阳极中使用PtRu，和在阴极中使用Pt，所述PtRu和Pt以颗粒形式使用或者分散在无定形碳载体中。

催化剂是燃料电池的整个制造成本的关键贡献因素，并且可对燃料电池的大规模生产和商业化具有至关重要的影响。因此，对开发即使以小的量使用时也呈现出高活性的催化剂的需求一直在不断增加。

发明内容

提供其供氧活性(oxygen donating activity)改善的复合物、包括所述复合物的催化剂、包括所述催化剂的燃料电池、和包括所述催化剂的锂空气电池。

另外的方面将在以下描述中部分地阐明并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所提供的实施方式的实践而获知。

根据本发明的一个方面，复合物包括：第一金属-铈氧化物，其包括铈氧化物和固溶(solid-solutionize)在所述铈氧化物中的第一金属；和碳质材料。

根据本发明的另一方面，催化剂包括所述复合物和任选的第二金属。

根据本发明的另一方面，燃料电池包括：阴极；阳极；和设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质膜，其中所述阴极和所述阳极的至少一个含有所述催化剂。

根据本发明的另一方面，锂空气电池包括包含所述催化剂的电极。

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为说明根据本发明实施方式的负载于碳质载体上的催化剂的示意图；

图2为根据本公开内容实施方式的燃料电池的分解透视图；

图3为图2的燃料电池的膜-电极组件(MEA)的截面图；

图4A-4C为对实施例1的催化剂进行的扫描透射电子显微镜法与能量色散X-射线光谱法(STEM-EDX)分析的结果；

图5A为对制备实施例1的复合物以及制备对比例1和2的载体进行的X-射线衍射(XRD)分析的结果；

图5B为对制备实施例1的复合物以及制备对比例1的载体进行的XRD分析的结果；

图5C为对制备实施例1的复合物进行的XRD分析的结果；

图6说明在包括制造实施例1和制造对比例1的电极的半电池中在室温下的氧还原反应(ORR)活性；和

图7说明在包括实施例1和对比例1的催化剂的燃料电池中相对于电流密度的电压变化。

具体实施方式

现在将详细介绍实施方式，其实例图解于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中所阐述的描述。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式，以解释本描述的各方面。表述例如“...的至少一个(种)”当位于要素列表之后或之前时修饰整个要素列表且不修饰该列表的单独要素。