[发明专利]氧化锡、燃料电池用电极催化剂、膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锡。此外，本发明涉及包含该氧化锡的燃料电池用电极催化剂、包含该电极催化剂的膜电极接合体以及具备该膜电极接合体的固体高分子型燃料电池。

背景技术

作为燃料电池用电极催化剂，迄今为止使用了在作为载体的炭黑等导电性碳材料的表面担载以铂为首的各种贵金属催化剂而成的电极催化剂。就这种电极催化剂来说，已知由于燃料电池在运转时电位变化而使碳氧化腐蚀、使得担载着的金属催化剂发生凝聚、脱落。其结果是，燃料电池的性能随着运转时间的经过而降低。因此，在制造燃料电池时，通过预先使载体担载比实际所需的量更多量的贵金属催化剂来防止性能降低。但是，这从经济性的观点考虑不能说是有利的。

因此，以实现固体高分子型燃料电池的高性能化、改善经济性为目的，对电极催化剂进行了多种研究。例如，提出了使用作为非碳系材料的导电性氧化物载体来代替迄今为止被用作载体的导电性碳。作为无机氧化物，例如提出了导电性氧化锡。

但是，作为从提高燃料电池的特性这一方面考虑对催化剂载体有所要求的性能之一，可以列举出：在操作环境下是稳定的，并且为低电阻。上述氧化锡在操作环境下是稳定的，但电阻不能说是足够低的。因此，作为降低氧化锡的电阻的方式提出了各种添加锑的方法。例如，专利文献1记载了一种质子传导性无机氧化物，其在由Sb掺杂SnO₂构成的催化剂载体的表面具有化学键合着的包含选自W、Mo、Cr、V和B中的元素的氧化物颗粒相。专利文献2也记载了由Sb掺杂SnO₂构成的催化剂载体。

另外，虽然不是锑，但作为向氧化锡添加其它元素的技术，还提出了使用含有钽的氧化锡作为燃料电池用催化剂载体(专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-34300号公报

专利文献2：国际公开第2011/108121号公报

专利文献3：国际公开第2014/136908号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在使用了含有锑的氧化锡作为催化剂载体的情况下，有时会由于电位循环而导致锑从氧化锡中溶出。锑是环境负荷高的元素，因此需要抑制其溶出。

因此，本发明所要解决的问题在于：对被用作燃料电池用催化剂载体的氧化锡的改良；更详细来说，本发明所要解决的问题在于：抑制锑从含有锑的氧化锡溶出。

用于解决问题的手段

本发明提供氧化锡，其包含选自钽、钨、铌和铋中的至少一种元素A以及锑。

另外，本发明提供燃料电池用电极催化剂，其是使催化剂担载于上述氧化锡而成的。

此外，本发明提供膜电极接合体，其是在固体高分子电解质膜各面配置由氧极和燃料极构成的一对电极而成的膜电极接合体，其中，上述氧极或上述燃料极中的至少一者包含上述燃料电池用电极催化剂。

进而，本发明提供固体高分子型燃料电池，其具备上述膜电极接合体和配置于该膜电极接合体各面的隔膜。

发明效果

本发明的氧化锡是其中所含的锑的溶出得到了抑制的氧化锡。本发明的氧化锡为低电阻，在使用了该氧化锡作为燃料电池用催化剂载体时，其在操作环境下是稳定的。

附图说明

图1是表示实施例9和比较例4的固体高分子型燃料电池的单电池欧姆电阻与电流密度之间的关系的曲线图。

图2(a)是表示实施例9的固体高分子型燃料电池的起动停止耐久前后的输出特性(I-V特性)的曲线图，图2(b)是表示使用了Pt/CB作为阴极的电极催化剂的比较例4的固体高分子型燃料电池的起动停止耐久前后的输出特性(I-V特性)的曲线图。

具体实施方式

下面，基于优选实施方式对本发明进行说明。本发明的氧化锡含有锑。另外，本发明的氧化锡除了含有锑以外还含有选自钽、钨、铌和铋中的至少一种元素A。用于本发明的氧化锡由锡的氧化物构成。锡的氧化物已知是导电性高的物质。就锡的氧化物来说，例如可以列举出：作为四价锡的氧化物的SnO₂、作为二价锡的氧化物的SnO等。特别是，从提高耐酸性的观点考虑，锡的氧化物优选以SnO₂为主体。