[发明专利]氧化还原反应电极和燃料电池

说明书

氧化还原反应电极包含催化剂载体(200)、负载在催化剂载体上的Pt催化剂(201)和具有质子传导性的离聚物(131b)。该离聚物包含H₄PO₄⁺。因此，氧化还原反应电极具有改善的氧化还原性能。燃料电池包括氧化还原反应电极(130)和布置成与氧化还原反应电极接触的电解质膜(110)。

技术领域

本公开涉及氧化还原反应电极和使用所述氧化还原反应电极的燃料电池。

背景技术

在用于固体聚合物型燃料电池的电解质中，水(H₂O)充当载体并将质子(H⁺)从阳极传递到阴极。质子(H⁺)和氧气(O₂)在阴极处彼此反应而生成水(H₂O)。因此，固体聚合物型燃料电池仅可以在水可以存在于电解质中的温度范围(即，低于100摄氏度(℃))内使用。当燃料电池的工作温度低时，Pt催化剂的活性降低。因此，可以增加Pt的量以保持发电性能。此外，可能需要用于冷却燃料电池的大散热器和用于控制电解质膜的湿度的装置。因此，固体聚合物型燃料电池的成本可能增加。

对应于US 2006/0105226 A的JP 2006-142293 A提出使用粘合剂、Pt催化剂和H₃PO₄的混合物作为燃料电池用电极以及使用H₃PO₄作为质子载体。在该电极中，使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚苯并咪唑、聚醚酮、聚醚酰亚胺、聚砜或全氟磺酸作为粘合剂，并将H₃PO₄掺入到完成的电极中。

发明内容

然而，当使用H₃PO₄作为质子载体时，对Pt催化剂的质子供给特性低。在阴极电极处，H₃PO₄可吸附在Pt上而降低催化活性。此外，由于H₃PO₄可能随着使用时间的推移而从粘合剂中流出，因此离子传导性可能降低并且催化活性可能降低。因此，当使用H₃PO₄作为质子载体时，电极的氧还原性能可能降低。

本公开的目的是提供氧化还原反应电极和使用所述氧化还原反应电极的燃料电池，所述氧化还原反应电极具有质子传导性并且能够改善氧化还原性能。

根据本公开的一个方面，氧化还原反应电极包含催化剂载体、负载在催化剂载体上的Pt催化剂和具有质子传导性的离聚物。离聚物包含H₄PO₄⁺。

包含在离聚物中的H₄PO₄⁺具有高于H₃PO₄的对Pt催化剂的质子供给特性。此外，H₄PO₄⁺不太可能被吸附在Pt催化剂上，从而抑制催化活性的降低。因此，与使用H₃PO₄作为质子载体的情况相比，根据本公开的所述方面的氧化还原反应电极的氧化还原性能可以得到改善。

附图说明

本公开的以上和其他目的、特征和优点将由参照附图所做的以下详细描述变得更加显见，在附图中：

图1是示出根据本公开的一个实施方案的燃料电池单元的概念图；

图2是催化剂层的一部分的放大图；

图3是示出实施例1、2和比较例1至3的质子载体的图；

图4是示出实施例1和比较例1的电解质溶液的NMR谱的图；

图5是示出实施例1和比较例1的循环伏安图的图；