[发明专利]燃料电池或电解器

说明书

本发明涉及一种燃料电池(10)或电解器，其包括至少一个电极(1)和至少一个聚合物电解质膜(7)，所述电极(1)包括催化剂体系(9)，所述催化剂体系包括载体金属氧化物和催化剂材料，所述催化剂材料由化学通式为Me^z_n+2(P_nO_3n+1)_z的偏磷酸盐形式的导电金属磷酸盐形成，其中Me＝金属，z＝金属Me的化合价，并且n在1至10的范围内。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池或电解器，其包括至少一个电极和至少一个聚合物电解质膜，该电极包括催化剂体系，该催化剂体系包括载体金属氧化物和催化剂材料。

背景技术

一开始提及的类型的催化剂体系例如根据DE 10 2015 101 249 A1可知。因此，金属氧化物用作包含至少一种贵金属的活性催化剂物质的载体物质。还描述了这种催化剂体系用于形成电极单元的用途及其用于燃料电池或电解器的用途。该催化剂体系的缺点是需要高比例的贵金属，因此增加了成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括载体金属氧化物和催化剂材料的替代催化剂体系，该替代催化剂体系可成本效益高地生产并且可用于燃料电池或电解器的电极区域中。

该目的针对包括至少一个电极和至少一个聚合物电解质膜的燃料电池或电解器(该电极包括催化剂体系，该催化剂体系包括载体金属氧化物和催化剂材料)得以实现，因为该催化剂材料由化学通式为Me^z_n+2(P_nO_3n+1)_z的偏磷酸盐形式的导电金属磷酸盐形成，其中

Me＝金属，

z＝金属Me的化合价，并且

n在1至10的范围内。

该催化剂体系具有决定性优点，即可以避免使用大量昂贵的贵金属。因此，该催化剂体系可以更便宜和更广泛地使用。另外，它具有足够高的电导率、良好的长期稳定性和降低的水解敏感性。

具体地，导电金属磷酸盐具有至少10S/cm的电导率。这例如通过用掺杂元素掺杂金属磷酸盐来实现。

根据温度和pH，磷酸盐可以冷凝形成环状偏磷酸盐和/或长链多磷酸盐。例如，对于钽，n＝2时，将产生式Ta₄(P₂O₇)₅的组成。

例如，在由水溶液制备随后退火的一些铌和钽磷酸盐中，

通过红外光谱法在不同的铌和钽磷酸盐中确定PO₄-、P₂O₇-和可能的P₃O_10-5基团。如果针对相应的应用领域制备磷酸盐，则必须考虑到制造条件可能与应用条件不同。通常在较高温度下回火和冷凝的分子在使用情况下可以水解形成式为M^z_n+2(P_nO_3n+1)_z的较小单元。

还可以掺入少量的氧气，使得例如使用磷酸钽时，可以产生并包含少量的TaOPO₄。

催化剂材料的耐水解度还尤其取决于所用盐的类型、其溶度积、形成的自由分能和成盐阳离子的化合价。

正式地，例如，可以考虑使用磷酸钽作为催化剂材料进行以下反应：

(1)5Ta(P₃O₁₀)+2Ta₂O₅＝3Ta₃(PO₄)₅