[发明专利]燃料电池用电极催化剂层及其制造方法、以及使用该催化剂层的膜电极接合体、燃料电池及车辆

说明书

本发明提供一种燃料电池用电极催化剂层，通过含有比表面积大的催化剂载体和采用至少一部分凝聚的方式的高分子电解质的燃料电池用电极催化剂层，在高湿度环境(例如，100％RH)下呈现优异的发电性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池(特别是PEFC)所使用的电极催化剂层及其制造方法、以及使用该催化剂层的膜电极接合体、燃料电池及车辆。

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型式的燃料电池相比，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。

这种固体高分子型燃料电池中，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，要求降低贵金属催化剂的使用量，能够实现燃料电池的低成本化，且发电性能优异的电极催化剂层的制造技术的开发。

例如，专利文献1中记载有具备在导电性的载体颗粒上担载催化剂而成的催化剂担载颗粒和质子传导体的催化剂层。专利文献1所记载的催化剂层具备：包覆催化剂担载颗粒的表面的一部分的结晶化质子传导体；包覆含有催化剂担载颗粒和结晶化质子传导体的复合体表面的一部分的非结晶化质子传导体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－020816号公报

但是，现有的燃料电池用电极催化剂层中，有时在高湿度环境(例如，100％RH)下不能实现充分的发电性能。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述情况而创立的，提供一种在高湿度环境(例如，100％RH)下呈现优异的发电性能的燃料电池用电极催化剂层。

本发明人等为了解决上述问题进行了锐意地研究。其结果发现，通过含有比表面积大的催化剂载体和采用至少一部分凝聚的方式的高分子电解质的燃料电池用电极催化剂层解决上述课题，并最终完成本发明。

附图说明

图1是表示本发明的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是表示催化剂(a)及(c)的形状/结构的概略剖面说明图；

图3是表示催化剂(b)的形状/结构的概略剖面说明图；

图4是表示本发明的一个实施方式的燃料电池用电极催化剂层的形状/结构的概略剖面说明图；

图5是表示局部I/C比的概念图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。此外，本发明并不仅限定于以下的实施方式。

本说明书中，表示范围的“X～Y”是指“X以上Y以下”。另外，只要没有特别说明，操作及物理性能等的测量在室温(20～25℃)/相对湿度40～50％的条件下进行测量。

本发明的一方面涉及含有由催化剂载体及担载于所述催化剂载体的金属催化剂构成的催化剂、以及高分子电解质的燃料电池用电极催化剂层，其中，上述催化剂载体的BET比表面积超过850(m2/g载体)，上述高分子电解质含有阴离子交换基团，局部I/C比的最大值(Imax)和最小值(Imin)满足以下的式1。此外，本说明书中，将“燃料电池用电极催化剂层”均称为“电极催化剂层”或“催化剂层”，将“催化剂载体”均称为“载体”，另外，将“催化剂”均称为“电极催化剂”。“/g载体”是指“每1g载体”。