[发明专利]燃料电池用电极催化剂及其制造方法、燃料电池用催化剂承载电极以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极催化剂及其制造方法、燃料电池用催化剂承载电极以及燃料电池。

背景技术

使用高分子材料作为电解质的固体高分子型燃料电池(PEFC：polymer electrolyte fuel cell)为高输出，且能够容易进行小型化，因此主要使用于车载动力(例如，燃料电池车)、定置电源等。近年来，在进行以PEFC的进一步高性能化为目的的各种研发。

当前，对于PEFC的电极催化剂而言，在作为碳材料的碳(C)载体承载有铂(Pt)的Pt/C催化剂成为主流。但是，铂表现出较高的催化剂性能，另一方面却是稀少且昂贵的贵金属，因此为了更低成本地制造PEFC，寻求减少昂贵的铂的使用量。

作为能够减少铂的使用量的电极催化剂之一，可列举在碳载体承载有铂－钴合金(PtCo)的铂－钴合金催化剂(PtCo/C催化剂)。PtCo/C催化剂由于发现比Pt/C催化剂高的催化剂活性(氧还原反应活性)这一点而备受关注。

在此，在专利文献1中记载有，优选Pt与Co的混合比(重量比)为Pt：Co＝6：1～3：2。另外记载有，即使辅助金属(Co)的比率提高，但催化剂活性会降低，而且，在制造工序中未被合金化而是单独被承载的辅助金属(Co)的产生比例有可能增加(段落0011)。

而且，在专利文献2中记载有，优选Pt与Co的混合比(重量比)为Pt：Co＝1：1～5：1。

另外，在专利文献3中记载有，优选Pt与Co的混合比(摩尔比)为Pt：Co＝2：1～9：1。

但是，根据专利文献1～专利文献3的记载，以往，在PtCo/C催化剂中，通常将Pt与Co的混合比(质量比和摩尔比)设为Pt≥Co。

其理由设想为，像专利文献1所记载的那样，主要发挥催化剂活性的是铂，因此若Co的比率提高，则催化剂活性降低，而且，在制造工序中未有效地进行PtCo的合金化，而是单独地被C载体承载的Co的比例增加(段落0011)。

另外，在专利文献1中记载有通过提高Co的比率而能够减少Pt的使用量并降低催化剂成本这样的优点(段落0011)。但是，虽然具有成本降低的优点，但是存在催化剂活性降低的缺点，因此设想即使是最大限度也只能设为Pt：Co＝1：1。

即，在现实情况的PtCo/C催化剂中，没能既大幅度减少PtCo合金中的Pt的使用量又获得期望的催化剂活性。

专利文献1：日本特开2003－142112

专利文献2：日本特开2005－129457

专利文献3：日本特开2006－179427

发明内容

发明要解决的问题

针对上述情况，本发明的目的在于提供采用了既能够大幅度减少PtCo合金中的Pt的使用量又能够获得与Pt/C催化剂同等以上质量活性的PtCo/C的燃料电池用电极催化剂及其制造方法、燃料电池用催化剂承载电极以及燃料电池。

用于解决问题的方案

本发明是为了达到上述目的而做成的，其是一种燃料电池用电极催化剂，其在碳载体上承载了合金，该合金包括由贵金属与贱金属，该燃料电池用电极催化剂的特征在于，上述合金中贵金属与贱金属的摩尔比、即贱金属/贵金属比为4～9。

另外，上述贱金属/贵金属比表示制造时(所谓的下料时)的混合比。

上述贱金属/贵金属比进一步优选为5～9，最优选为7。上述贵金属优选为铂，上述贱金属优选为钴。

本发明的另一技术方案是一种燃料电池用催化剂承载电极，该燃料电池用催化剂承载电极包括具有上述燃料电池用电极催化剂的催化剂层。而且另一技术方案是一种燃料电池，该燃料电池包括上述燃料电池用催化剂承载电极。

另外，本发明的另一技术方案是一种燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，包括以下工序：向含有贵金属前体与贱金属前体的混合溶液中添加亲水性聚合物的工序；在上述添加后的混合溶液中浸渍载体的工序；在氢气氛中对上述浸渍后的载体进行加热的工序；以及在氮气氛中对上述加热后的载体进行烧制的工序；含有上述贵金属前体与贱金属前体的混合溶液中的贵金属与贱金属的摩尔比、即贱金属/贵金属比为4～9。

另外，上述贱金属/贵金属比表示制造时(所谓的下料时)的混合比。

本发明的燃料电池用电极催化剂的制造方法在其实施方案中，上述亲水性聚合物是从由聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇构成的组中选择的至少1种亲水性聚合物。