[发明专利]膜电极接合体和具有膜电极接合体的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及反应中间体的排出量少的燃料电池和该燃料电池中使用的膜/电极接合体。

背景技术

燃料电池是至少由固体或液体的电解质、能够诱发所期待的电化学反应的两个电极即阳极和阴极构成的，将燃料所具有的化学能直接以高效率转变成电能的发电机。

在这样的燃料电池中，作为电解质膜使用固体高分子电解质膜、且以氢气作为燃料的被称作固体高分子型燃料电池(PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell)，将以甲醇作为燃料的称作直接甲醇型燃料电池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)。其中，使用液体燃料的DMFC，由于燃料的体积能量密度高，所以作为小型的可移动型或便携型的有效电源受到人们关注。

DMFC中会发生供给到阳极的甲醇透过固体高分子电解质而达到阴极的甲醇渗透现象。移动到阴极的甲醇被供给到阴极的氧气氧化，变为二氧化碳被排出。在该氧化反应过程中，生成了不少甲酸、甲醛之类的氧化反应中间体，它们从燃料电池排出。

将作为从阴极排出的反应中间体的甲酸、甲醛除去的方法，有例如专利文献1中记载的、在阴极的排气管中设置具有副生气体吸收剂的过滤器的方法。此外，有专利文献2中记载的将含有反应中间体的分解催化剂的过滤器设置在排气管中的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2008-210796公报

专利文献2:日本特开2005-183014公报

专利文献3:日本特开2011-076815号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，使用设置吸收剂的方法，吸收剂的吸附量是有限度的，难以长期间得到反应中间体的除去效果。此外，将催化剂过滤器设置在排气管中的方法，由于过滤器会成为排气的流动阻力，所以需要提高吹风机的能力，由辅助动力造成的损失变大，因此，如果使用这种方法作为用于除去反应中间体的主要方法，有时燃料电池系统的效率降低。

为了解决上述问题，在专利文献3中尝试了通过使燃料电池的阴极扩散层中含有氧化催化剂来除去从阴极排出的反应中间体的方法，但尽管如此，仍然不能使反应中间体的排出量充分变少。

于是，本发明的目的在于，提供一种对燃料电池的系统效率影响小、在长期间内反应中间体的排出量都少的燃料电池系统。

解决课题的手段

本发明涉及以下的【1】～【9】。

【1】.一种膜电极接合体，其特征在于，含有阳极、阴极和固体高分子电解质膜，且具有所述固体高分子电解质膜夹在所述阳极和所述阴极之间的结构，

所述阴极具有阴极催化剂层和阴极扩散层，所述阴极扩散层配置在该阴极催化剂层的与所述固体高分子电解质膜相反侧的面上，

所述阴极催化剂层含有由复合微粒形成的氧还原催化剂，所述复合微粒由催化剂金属和催化剂载体构成，

所述催化剂金属含有钯或钯合金，

所述催化剂载体，作为构成元素含有选自钛、锆、铌和钽中的至少1种过渡金属元素M1、以及该过渡金属元素M1以外的过渡金属元素M2、碳、氮和氧，

该过渡金属元素M1、该过渡金属元素M2、碳、氮和氧的原子数之比，即过渡金属元素M1：过渡金属元素M2：碳：氮：氧是(1-a)：a：x：y：z，其中，0＜a≤0.5、0＜x≤7、0＜y≤2、0＜z≤3，

所述阴极扩散层含有氧化催化剂和疏水性树脂。

【2】.如上述【1】所述的膜电极接合体，其特征在于，所述过渡金属元素M2是选自铁、镍、铬、钴、钒和锰中的至少1种。

【3】.如上述【1】或【2】所述的膜电极接合体，其特征在于，所述阴极扩散层中含有的氧化催化剂是选自铂、钯、铜、银、钨、钼、铁、镍、钴、锰、锌、钒中的至少1种。

【4】.如上述【1】～【3】的任一项所述的膜电极接合体，其特征在于，所述阴极扩散层中含有的疏水性树脂是选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚1,1-二氟乙烯、聚氟乙烯、全氟烷氧基氟树脂、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、乙烯/四氟乙烯共聚物、乙烯/三氟氯乙烯共聚物、聚乙烯、聚烯烃、聚丙烯、聚苯胺、聚噻吩、聚酯中的至少1种。

【5】.如上述【1】～【4】的任一项所述的膜电极接合体，其特征在于，所述阴极催化剂层还含有电子传导性物质。

【6】.一种燃料电池，其特征在于，具有上述【1】～【5】的任一项所述的膜电极接合体。