[发明专利]催化剂载体、其制造方法及其用途有效
申请号: | 201580066485.7 | 申请日: | 2015-12-24 |
公开(公告)号: | CN106999912B | 公开(公告)日: | 2019-09-27 |
发明(设计)人: | 李建灿;高桥浩;北河友也 | 申请(专利权)人: | 昭和电工株式会社 |
主分类号: | B01J21/18 | 分类号: | B01J21/18;B01J23/89;B01J32/00;B01J35/02;B01J35/10;B01J37/04;B01J37/08;H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92;H01M4/96;H01M8/1004 |
代理公司: | 北京市中咨律师事务所 11247 | 代理人: | 王潇悦;段承恩 |
地址: | 日本*** | 国省代码: | 日本;JP |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 催化剂载体 膜电极接合体 钛化合物 电极 粒子 低加湿条件 电极催化剂 高耐久性 链状结构 燃料电池 性能下降 摩尔比 碳材料 碳复合 碳粒子 催化剂 制造 | ||
本发明的课题在于提供即使在低加湿条件下性能下降也小、且显示高耐久性的催化剂载体、电极催化剂、包含该催化剂的电极、具有该电极的膜电极接合体、具备该膜电极接合体的燃料电池和催化剂载体的制造方法。本发明是一种催化剂载体,是包含具有碳粒子相连而成的链状结构的碳材料的催化剂载体,该催化剂载体含有碳的内部包裹钛化合物的粒子而成的钛化合物碳复合粒子,催化剂载体中的元素摩尔比,在将钛设为1时,碳大于0且为50以下、氮大于0且为2以下、氧大于0且为3以下。
技术领域
本发明涉及催化剂载体、电极催化剂、包含该电极催化剂的电极、具有该电极的膜电极接合体、具备该膜电极接合体的燃料电池和催化剂载体的制造方法。
背景技术
固体高分子型燃料电池主要使用将含有铂的催化剂金属担载于碳担载体而成的电极催化剂。但是,作为以往的催化剂载体使用的碳载体,在燃料电池的起动停止运行等高电位运行下容易被氧化,因此所担载的催化剂金属发生凝聚、脱离等,这成为电极催化剂的性能劣化的主要原因。
另外,为了降低燃料电池系统的配件的负荷,希望供给的气体在低加湿的状态下运行燃料电池。但是,如果燃料电池在所述低加湿的状态下运行,则由于干涸(dry up)现象使电解质膜和催化剂层内的离聚物的质子导电性变差,因此燃料电池的输出功率下降。
专利文献1中,为了使高电位运行下的碳载体的耐久性提高,通过热处理提高碳载体的结晶化度,使碳载体变得在燃料电池运行下难以被氧化。但是,仅靠碳载体的热处理难以期待高电位运行时的碳载体的高耐氧化性,特别是难以防止低加湿状态下的运行时的燃料电池的性能下降。另外,如果使用石墨化度高的碳载体,则虽然耐蚀性提高,但碳载体的比表面积下降,因此发电性能下降。
在专利文献2中对于一种电极催化剂进行了记载,所述电极催化剂为了维持催化剂的高活性并且使耐久性提高,将担载催化剂金属的碳载体与酸性氧化物进行了物理混合。但是,碳载体的疏水性高,而酸性氧化物的亲水性高,因此将这些具有不同物性的催化剂载体均匀地物理混合非常困难,不均匀的物理混合会成为催化剂性能不均、催化剂层的涂布时产生不规则、龟裂等所导致的性能下降的原因。
专利文献3中,公开了为了在低加湿状态的运行下也一定程度地维持电池性能,对阳极使用包含沸石、二氧化钛等的亲水性粒子的催化剂材料。但是,这些催化剂材料不具备电导性,因此预想催化剂层的内阻会变大。
专利文献4中,公开了一种使保湿性碳材料和炭黑混合而成的燃料电池用载体碳材料。该技术中,能够一定程度地期待活化处理了的碳材料带来的碳材料的水蒸气吸藏和放出,但在低加湿状态下的燃料电池运行中,使电解质膜和催化剂层内的离聚物具备保水性方面不充分,无法期待高电池输出功率。另外,该碳材料是为了使碳材料具备保湿性而进行了微孔导入的碳材料,所以在燃料电池的高电位运行下非常容易被氧化,有可能也产生耐久性的问题。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2001-357857号公报
专利文献2:日本特开2013-33701号公报
专利文献3:日本特开2004-342505号公报
专利文献4:日本特开2013-20793号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种即使在低加湿条件下性能下降也小、且显示高耐久性的提供给催化剂的载体、电极催化剂、包含该催化剂的电极、具有该电极的膜电极接合体、具备该膜电极接合体的燃料电池和催化剂载体的制造方法。
本发明包含以下的[1]~[24]的发明。
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