[发明专利]用于燃料电池的电极催化剂、电极和燃料电池

说明书

通过参考将随本申请提交的申请数据表中标示的国外或国内优先权要求的任何和所有申请包含于此。例如，本申请要求于2014年1月23日提交至韩国知识产权局的第10-2014-0008295号韩国申请的优先权和权益，通过引用将该韩国申请的公开内容全部包含于此。

技术领域

所描述的技术涉及一种用于燃料电池的电极催化剂、一种制造用于燃料电池的电极催化剂的方法、一种包括当前电极催化剂的燃料电池用电极和一种包括当前电极催化剂的燃料电池。

背景技术

燃料电池可以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)等。

PEMFC和DMFC通常包括膜电极组件(MEA)，膜电极组件(MEA)包括阳极、阴极以及设置在阳极与阴极之间的聚合物电解质膜。燃料电池的阳极包括用于使燃料氧化的催化剂层，阴极包括用于使氧化剂还原的催化剂层。

然而，金属催化剂的电化学表面积(ECSA)会因在燃料电池的运行期间发生的碳质载体的腐蚀和聚集而减小。因这种腐蚀和聚集，导致使用包括金属催化剂的电极催化剂会降低电极催化剂的活性和耐久性。因此，需要进行改善。

发明内容

在这里公开的一些实施例中，提供一种用于燃料电池的氨基或胺基电极催化剂，所述氨基或胺基电极催化剂包括碳质载体和负载在碳质载体中的金属催化剂，其中，在碳质载体的表面上，碳质载体非共价地结合到在其端部具有氨基或胺基的C₆-C₃₀多环芳香烃化合物。

在一些实施例中，提供一种包括该电极催化剂的燃料电池用电极。

在一些实施例中，提供一种燃料电池，所述燃料电池包括阴极、设置为与阴极相对的阳极以及设置在阴极与阳极之间的电解质膜，其中，阴极和阳极中的至少一个包括所述电极催化剂。

使用根据本文实施例的用于燃料电池的当前电极催化剂得到具有改善的耐久性和活性的燃料电池。

附图说明

图1示出了根据本实施例的电极催化剂中，碳质载体与在其端部具有氨基或胺基的多环芳香族化合物之间的相互作用，其中，该化合物非共价地结合到碳质载体的表面；

图2是示出燃料电池的实施例的分解透视图；

图3是燃料电池中的膜电极组件(MEA)的示意性剖视图；

图4是根据示例1制造的电极催化剂的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM/SAED)/选区电子衍射(SAED)分析的图像；

图5是根据示例1制造的电极催化剂的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM/SAED)/选区电子衍射(SAED)分析的图像；

图6是根据示例1制造的电极催化剂的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM/SAED)/选区电子衍射(SAED)分析的图像；

图7示出示例1和对比示例1的碳质载体的X射线衍射(XRD)分析的结果；

图8示出示例1的电极催化剂的X射线衍射(XRD)分析的结果；

图9示出在示例1的电极催化剂的制造期间使用的碳质载体的拉曼光谱；

图10示出根据示例1以及对比示例1和对比示例2的负电极中的电极催化剂的电化学表面积(ECSA)的减少的程度。

具体实施方式

在下文中，将具体描述根据实施例的用于燃料电池的电极催化剂、包括电极催化剂的燃料电池用电极、制造电极的方法以及包括包含电极催化剂的电极的燃料电池。

用于燃料电池的电极催化剂包括碳质载体和负载在碳质载体上的金属催化剂，而且其中，在碳质载体的表面上，碳质载体非共价地结合到在其端部具有氨基或胺基的C₆-C₃₀多环芳香烃化合物。

如这里所使用的，非共价键是指在其端部具有氨基或胺基的C₆-C₃₀多环芳香烃化合物的一个或更多个苯环与碳质载体的碳之间的π-π相互作用。由于非共价键，因此在其端部具有氨基或胺基的C₆-C₃₀多环芳香烃化合物的氨基或胺基位于远离碳质载体的位置。