[发明专利]用于燃料电池的电极催化剂层及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的电极催化剂层。

背景技术

燃料电池通常具有被交替地堆叠的多个发电单元和多个隔板。各发电 单元具有膜电极组件，所述膜电极组件包括电解质膜和配置在电解质膜两 侧的2个电极催化剂层。

另外，在日本专利文献特开2003-173785号公报中，记载了在厚度方 向上催化剂的浓度分布不同的第1催化剂层和在沿表面的方向上催化剂的 浓度分布不同的第2催化剂层。另外，在该文献中，记载了在厚度方向上 防水剂的量不同的第3催化剂层和在沿表面的方向上防水剂的量不同的第 4催化剂层。并且，在该文献中还记载了在厚度方向上亲水剂的量不同的 第5催化剂层和在沿表面的方向上亲水剂的量不同的第6催化剂层。

另外，作为这种燃料电池，例如在日本专利文献特开2006-40767号公 报、日本专利文献特开2006-134886号公报、以及日本专利文献2006- 228501号公报中记载的燃料电池已被公知。

电极催化剂层含有催化剂，优选的是减少催化剂的量。但是，如果减 少了催化剂的量，则通常燃料电池的输出电压会下降。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的在于在抑 制燃料电池的输出电压的下降的同时减少电极催化剂层所含有的催化剂的 量。

为了解决上述问题的至少一部分，本发明的第1装置是一种用于燃料 电池的电极催化剂层，该电极催化剂层的特征在于，包括：第1区域；以 及第2区域，其防水性高于所述第1区域；其中，所述第1区域的每单位 面积的催化剂的量小于所述第2区域的每单位面积的所述催化剂的量。

在包括该电极催化剂层的燃料电池中，在第1区域中主要是水容易扩 散，在第2区域中主要是反应气体容易扩散。并且，反应气体的扩散量比 较大的第2区域的每单位面积的催化剂的量多于反应气体的扩散量比较小 的第1区域的每单位面积的催化剂的量，因此在第2区域中能够更加高效 率地将反应气体用于电化学反应。即，如果使用该电极催化剂层来构成燃 料电池，则能够在抑制燃料电池的输出电压的下降的同时减少电极催化剂 层所含有的催化剂的量。

也可以在所述第2区域实施用于提高防水性的处理。取而代之，或者 也可以同时在所述第1区域实施用于提高亲水性的处理。

本发明的第2装置是一种用于燃料电池的膜电极组件，该膜电极组件 的特征在于，包括：电解质膜；第1电极催化剂层，其设置在所述电解质 膜的第1面侧；以及第2电极催化剂层，其设置在所述电解质膜的第2面 侧；其中，所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层中的至少一者 是上述任一项所述的电极催化剂层。

该膜电极组件包括作为本发明的第1装置的电极催化剂层。因此，如 果使用该膜电极组件来构成燃料电池，则能够在抑制燃料电池的输出电压 的下降的同时减少电极催化剂层所含有的催化剂的量。

本发明的方法是一种电极催化剂层的制造方法，所述电极催化剂层用 于燃料电池，所述电极催化剂层的制造方法的特征在于，包括以下步骤： (a)准备含有催化剂的第1分散液和含有所述催化剂的第2分散液；以及 (b)通过在支撑体上涂覆所述第1分散液来形成所述电极催化剂层所包 括的第1区域，通过在所述支撑体上涂覆所述第2分散液来形成所述电极 催化剂层所包括的、防水性高于所述第1区域的第2区域；其中，按照使 所述第1区域的每单位面积的催化剂的量小于所述第2区域的每单位面积 的催化剂的量的方式来进行所述第1分散液的涂覆和所述第2分散液的涂 覆。

如果采用该方法，则能够制造出本发明的电极催化剂层。因此，如果 使用该电极催化剂层来构成燃料电池，则能够在抑制燃料电池的输出电压 的下降的同时减少电极催化剂层所含有的催化剂的量。

在上述方法中，优选的是：通过使所述第1分散液的每单位面积的涂 覆量小于所述第2分散液的每单位面积的涂覆量而使所述第1区域的每单 位面积的所述催化剂的量小于所述第2区域的每单位面积的所述催化剂的 量。