[发明专利]用于燃料电池的电极催化剂及其制造方法

说明书

本发明提供一种用于燃料电池的电极催化剂及其制造方法。该用于燃料电池的电极催化剂包括含有铂、铜和金属氧化物的合金的核和含有铂或铂合金材料的壳。所述电极催化剂具有良好的耐久性和氧还原反应(ORR)的活性。

相关申请交叉引用

本申请要求于2018年8月23日提交的申请号为10-2018-0098720的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

示例性实施例涉及用于燃料电池的电极催化剂及其制造方法。

背景技术

基于电解质和燃料的种类，燃料电池可以分为聚合物电解质膜燃料电池(polymerelectrolyte membrane fuel cell,PEMFC)、直接甲醇燃料电池(direct methanol fuelcell,DMFC)、磷酸燃料电池(phosphoric acid fuel cell,PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)和固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)。

在PEMFC中，氢在低温(例如，低于100℃)下用作燃料，并且通过空气中包含的氧与氢之间的电化学反应产生电能。这种燃料电池在电化学反应过程中产生水(H₂O)作为副产物，因此可称为生态友好型能量。

燃料电池包括其中燃料被氧化的阳极、其中氧被还原的阴极，以及电解质。

用作燃料的氢在阳极中被氧化以产生氢离子(H⁺)和电子，在阳极中产生的电子通过外部导线产生能量，并且氢离子通过电解质移动到阴极。在阴极中，从空气供应的氧气(O₂)与从阳极通过电解质传递的氢离子反应以产生水(H₂O)。

为了提高氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)的活性，通常稳定且ORR良好的铂(Pt)基电极催化剂用作阳极和阴极中的每一种的元素。

众所周知，Pt是一种昂贵的贵金属的元素。因此，需要减少施加到Pt基电极催化剂的Pt的量，以降低由燃料电池的大规模生产引起的成本。

最近，正在积极地进行包含Pt和低成本过渡金属的Pt基合金催化剂的研究，以减少Pt的使用量并增加ORR的活性。

当过渡金属在Pt基合金催化剂的颗粒表面上时，Pt基合金催化剂的电化学耐久性降低。因此，在现有技术中，通过热处理过程或用酸溶液融化Pt基合金催化剂的颗粒表面过渡金属的过程(脱合金过程)进行将Pt基合金催化剂的颗粒表面的过渡金属插入内部Pt颗粒的过程。

然而，脱合金过程增加了Pt基合金催化剂的表面粗糙度，导致Pt基合金催化剂的耐久性降低。而且，热处理过程增加了Pt基合金催化剂的颗粒尺寸，导致ORR活性的降低。

该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此，它可能包含不构成现有技术的信息。

发明内容

本发明的示例性实施方案提供一种用于燃料电池的电极催化剂，其具有良好的耐久性和氧还原反应(ORR)的活性；用于燃料电池的电极，其包括所述电极催化剂；燃料电池；和一种制造所述电极催化剂的方法。

在一个总的方面，用于燃料电池的电极催化剂包括：包含合金的核，所述合金包括由化学式1表示的铂(Pt)，过渡金属和金属氧化物；和包括含有Pt的壳的活性颗粒，

PtM_aC_b[化学式1]

在化学式1中，M表示过渡金属，C表示金属氧化物，a的范围是约0.33<a≤1.0，b的范围是约0.25≤b≤1.0。