[发明专利]燃料电池用电极催化剂层及其制造方法、膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池

说明书

燃料电池用电极催化剂层中，催化剂被担载于无机氧化物粒子的载体上，且具有多孔质结构。当通过汞压入法测定上述多孔质结构的细孔径分布时，在0.005μm以上且0.1μm以下的范围内观测到峰，并且在超过0.1μm且1μm以下的范围内也观察到峰。当将0.005μm以上且0.1μm以下的范围的峰强度设为P1，将超过0.1μm且1μm以下的范围的峰强度设为P2时，P2/P1的值为0.2以上且10以下。上述无机氧化物优选为锡氧化物。

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极催化剂层及其制造方法。此外本发明涉及 具有该电极催化剂层的膜电极接合体、及具有该膜电极接合体的固体高分 子型燃料电池。

背景技术

固体高分子型燃料电池具有在固体高分子电解质膜的各面上配置有催 化剂层、并在该催化剂层的外侧配置有气体扩散层的结构。催化剂层一般 是由在载体粒子的表面担载贵金属催化剂而成的催化剂担载载体构成的多 孔质层。在该多孔质层内流通氢、甲醇等燃料气体或者氧、空气等氧化剂， 在三相界面发生电极反应，在催化剂层内生成水。

所生成的水逐渐从催化剂层散失，但根据情况也逐渐蓄积在催化剂层 内，若该情况进展则催化剂层变得不能完全收容水，引起所谓的溢流 (flooding)现象。相反若催化剂层内的排水性过于良好，则会引起催化剂 层内干涸(dry up)这样的麻烦。在专利文献1中，为了提供同时以高水平 满足所生成的水的良好的排水性和适度的保湿功能这样相反的2个功能的 燃料电池用电极催化剂层，提出了具有空孔直径为0.01～0.1μm的范围的 第1空孔和空孔直径为0.1～1μm范围的第2空孔的多孔质的电极催化剂 层。在该电极催化剂层中，作为该催化剂层中包含的催化剂的载体使用了 碳。

在专利文献2中，为了提供在不阻碍反应气体的扩散性、和通过电极 反应生成的水的除去等的情况下提高保水性、且在低加湿条件下也显示高 的发电特性的电极催化剂层，提出了一种电极催化剂层，其具备担载有高 分子电解质及催化剂物质的粒子，通过汞压入法求出的细孔的基于圆筒近 似的换算计的直径为1.0μm以下的细孔容积从作为外侧的电极催化剂层表 面向着作为内侧的上述高分子电解质膜在其厚度方向上连续地增加。在该 文献中，也与上述的专利文献1同样地，作为催化剂层中包含的催化剂的 载体使用了碳。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-146760号公报

专利文献2：日本特开2010-238668号公报

发明内容

在上述专利文献1及2中记载的技术中，作为催化剂的载体使用了碳。 碳由于其表面为疏水性，所以通过反应而生成的水的排出性良好，倒是更 容易产生干涸的问题。与此相对，近年来，作为新型的载体提出的导电性 氧化物系的载体由于其表面为亲水性，所以在催化剂层内难以引起干涸， 但另一方面，催化剂层内的水的蓄积成为问题。

本发明的课题在于,改良包含无机氧化物系的载体的电极催化剂层，更 详细而言，在于提供输出功率提高且湿度依赖性小的燃料电池用电极催化 剂层。

本发明提供一种燃料电池用电极催化剂层，其是催化剂被担载于无机 氧化物粒子的载体上、且具有多孔质结构的燃料电池用电极催化剂层，

当通过汞压入法测定上述多孔质结构的细孔径分布时，在0.005μm以 上且0.1μm以下的范围内观测到峰，并且在超过0.1μm且1μm以下的范围 内也观察到峰，

当将0.005μm以上且0.1μm以下的范围的峰强度设为P1，将超过0.1μm 且1μm以下的范围的峰强度设为P2时，P2/P1的值为0.2以上10以下。 这里所谓的峰强度为峰的高度。