[发明专利]燃料电池的阴极催化剂层及燃料电池

说明书

本发明提供一种燃料电池的阴极催化剂层，其具备：第1纤维状导电构件、第1粒子状导电构件、第1催化剂粒子及第1质子传导性树脂，其中，第1质子传导性树脂的质量相对于第1粒子状导电构件的质量的比例I₁/C₁在1.0～1.6的范围内。第1纤维状导电构件相对于第1粒子状导电构件100质量份的比例为30～50质量份。第1质子传导性树脂的EW值为600～850。

技术领域

本申请涉及燃料电池的阴极催化剂层及燃料电池。

背景技术

燃料电池具备具有电解质膜及夹持其的一对电极而成的膜电极接合体。一对电极分别从电解质膜侧起依次具备催化剂层及气体扩散层。

作为催化剂层的构成，在专利文献1中记载了一种催化剂层，其包含担载有铂催化剂的碳即一次粒子多数聚集而形成的二次粒子和渗透至二次粒子的内部并且覆盖二次粒子的外部的离聚物，将二次粒子的半径设定为105nm～200nm的范围。另外，将催化剂层中的离聚物的质量I与碳的质量C的比(I/C)设定为0.65～1.35。

另外，在专利文献2中，催化剂层具备催化剂层及高分子电解质，在催化剂层中含有具有亲水性或表面进行了亲水性处理的纤维状物质。

在上述专利文献1及2中，离聚物及高分子电解质具有质子传导性。然而，由于对于质子传导而言需要水分，因此通常在将燃料气体或氧化性气体加湿后供给至催化剂层。

在专利文献3中记载了：在对阳极供给甲醇的甲醇型燃料电池中，阳极催化剂层含有阳极催化剂，该阳极催化剂包含以碳纤维作为载体的纤维状担载催化剂和以碳粒子作为载体的粒状担载催化剂，使与阳极气体扩散层相对的面中的阳极催化剂中的纤维状担载催化剂的比率高于与电解质膜相对的面中的阳极催化剂中的纤维状担载催化剂的比率。此时，提出了：电解质的重量相对于阳极催化剂的重量的比率在与阳极气体扩散层相对的面中为50～140重量％，在与电解质膜相对的面中设定为150～250重量％。

在专利文献4中，记载了一种电极催化剂层，其在固体高分子形燃料电池中含有：20.000质量％～80.000质量％的在导电性粒子上担载有催化剂粒子而成的复合粒子、19.999质量％～60.000质量％的质子传导性聚合物、0.001质量％～20.000质量％的聚四氟乙烯。记载了：质子传导性聚合物的当量重量(EW)优选为250～2000，更优选为250～800。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-243431号公报

专利文献2：日本特开2004-247316号公报

专利文献3：日本特开2009-117248号公报

专利文献4：日本特开2004-273257号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，在燃料电池中，为了降低质子的移动阻力，对燃料气体或氧化性气体进行加湿。因此，需要在燃料电池单元以外另外设置用于生成水蒸汽气体来对燃料气体或氧化性气体进行加湿的设备(加湿器)。

然而，在车载用等移动体用途中使用燃料电池的情况下，有时无法确保用于设置加湿器的充分的空间。因此，期望在低加湿(例如相对湿度为20％～40％)的条件下具有高的输出功率性能的燃料电池。

就以往的燃料电池而言，如果以低加湿状态使其工作，则电解质膜及催化剂层中的离聚物干燥，质子移动阻力变高。其结果是，输出功率降低。另一方面，虽然通过提高催化剂层中的I/C能够提高保水性、抑制干燥，但是气体扩散性降低。其结果是，输出功率降低。

用于解决课题的手段