[发明专利]燃料电池用电极催化剂、燃料电池用电极催化剂层、其制造方法以及使用该催化剂层的膜电极接合体及燃料电池

说明书

本发明提供一种燃料电池用电极催化剂，其由以碳为主要成分的催化剂载体及担载于上述催化剂载体的催化剂金属构成，其中，通过拉曼光谱法在1620cm^‑1附近测量的D’带的峰值强度(D’强度)相对于在1580cm^‑1附近测量的G带的峰值强度(G强度)的比R’(D’/G强度比)超过0.6且0.8以下，且满足(a)～(d)中的至少一项。根据本发明，可提供气体输送性优异的燃料电池用电极催化剂。

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极催化剂、燃料电池用电极催化剂层、其制造方法以及使用该催化剂层的膜电极接合体及燃料电池。

背景技术

使用质子传导性固体高分子膜的固体高分子型燃料电池与例如固体氧化物型燃料电池或熔融碳酸盐型燃料电池等其它类型的燃料电池相比，在低温下进行工作。因此，期待固体高分子型燃料电池作为固定用电源、或汽车等移动体用动力源，其实际应用也正在开始。

作为这种固体高分子型燃料电池，通常使用以Pt(铂)或Pt合金为代表的昂贵的金属催化剂，成为这种燃料电池的价格高的主要原因。因此，要求开发降低贵金属催化剂的使用量，且可实现燃料电池的低成本化的技术。

例如，(日本)特开2007-250274号公报(相当于美国专利申请公开第2009/047559号说明书)中，公开有在导电性载体上担载催化剂金属粒子的电极催化剂，其中，催化剂金属粒子的平均粒径比导电性载体的微细孔的平均孔径大。(日本)特开2007-250274号公报(相当于美国专利申请公开第2009/047559号说明书)记载有：通过该结构，以催化剂金属粒子不会进入载体的微细孔内的方式，提高三相界面所使用的催化剂金属粒子的比例，从而提高昂贵的贵金属的利用效率。

但是，使用了(日本)特开2007-250274号公报(相当于美国专利申请公开第2009/047559号说明书)的催化剂的电极催化剂层存在如下问题，即，电解质和催化剂金属粒子接触，催化剂活性降低。对于这种问题，当以电解质和催化剂金属粒子不接触的方式，将催化剂金属担载于载体内部的电解质不能进入的微细的空穴内时，氧等气体的输送距离增大，气体输送性降低。其结果，存在不能引导出充分的催化剂活性，在高负荷条件下催化剂性能降低的问题。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供一种气体输送性优异的燃料电池用电极催化剂。

本发明的另一目的在于，提供一种催化剂活性优异的燃料电池用电极催化剂。

本发明的又一目的在于，提供一种气体输送性优异的燃料电池用电极催化剂层。另外，本发明的又一另一目的在于，提供一种催化剂活性优异的燃料电池用电极催化剂层。

进一步，本发明的又一另一目的在于，提供一种发电性能优异的膜电极接合体及燃料电池。

用于解决课题的方案

本发明人等为了解决上述问题，进行了锐意研究，结果发现，利用具有特定的D’/G强度比且具有特定的空穴分布的催化剂可解决上述课题，并最终完成本发明。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的固体高分子型燃料电池的基本构成的概略剖面图；

图2是表示本发明一实施方式的催化剂(a)及(c)的形状/结构的概略剖面说明图；

图3是表示本发明一实施方式的催化剂(b)及(d)的形状/结构的概略剖面说明图。

具体实施方式

本实施方式的燃料电池用电极催化剂(本说明书中，均简称为“电极催化剂”或“催化剂”)满足下述构成(I)及(II)：