[发明专利]燃料电池用催化剂的制造方法和含有利用该制造方法制造的燃料电池用催化剂的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有优异的耐久性的燃料电池用催化剂的制造方法、以及含有利用该制造方法制造的燃料电池用催化剂的燃料电池。

背景技术

燃料电池通过将燃料和氧化剂分别供给到电连接的2个电极，电化学地使燃料氧化，从而将化学能直接转换为电能。与火力发电不同，燃料电池由于不受到卡诺循环的制约，因此显示出高的能量转换效率。燃料电池通常多层层叠单电池单元而构成，上述单电池单元以用一对电极夹持电解质膜而成的膜·电极接合体为基本结构。

以往，作为燃料电池的阳极和阴极的电极催化剂，一直采用担载铂和铂合金材料。但是，目前的电极催化剂所必需的量的铂对于在商业上实现燃料电池的大量生产依然是昂贵的。因此，一直研究通过将铂与更廉价的金属进行组合从而减少燃料电池阴极和阳极所含的铂的量。

作为铂与更廉价的金属的组合的研究之一，研究了将铂的单原子层沉积于金粒子上。作为应用了这种研究的技术，专利文献1中公开了一种铂核壳催化剂的制造方法，其特征在于，在不存在还原剂的条件下，通过将金粒子浸渍于含有二价铂离子或四价铂离子的溶液中，使铂直接在上述金粒子上析出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-212666号公报

发明内容

引用文献1的说明书的[0022]段中记载了使担载于碳担载体的铂核壳催化剂(Pt/Au/C)均匀分散在旋转盘电极上而使其担载的内容。但是，本发明的发明人等研究的结果，明确了在将具有核-壳结构的催化剂微粒用于电极制作的情况下，对该催化剂微粒施加强力而进行分散处理时，该催化剂微粒的核-壳结构有可能受损。

本发明是鉴于上述实际情况而进行的，目的在于提供具有优异的耐久性的燃料电池用催化剂的制造方法、以及含有利用该制造方法制造的燃料电池用催化剂的燃料电池。

就本发明的燃料电池用催化剂的制造方法而言，上述燃料电池用催化剂具备催化剂微粒和担载有该催化剂微粒的碳担载体，上述催化剂微粒具备含有钯的中心粒子和含有铂并被覆该中心粒子的最外层，上述燃料电池用催化剂的制造方法具有：准备担载有含钯粒子的碳担载体的工序，将担载有含钯粒子的碳担载体进行微细化的工序，和在上述微细化工序后，向上述含钯粒子被覆含有铂的上述最外层的工序。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的体积基准的累积分布的中值粒径x₅₀优选为1～20μm。

在本发明中，上述准备工序的、担载有含钯粒子的碳担载体的体积基准的累积分布的中值粒径x₅₀可以超过20μm。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的体积平均粒径优选为1～20μm。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的粒度分布的标准偏差σ优选为1～5μm。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的体积基准的累积分布的90％粒径x₉₀优选为10～30μm。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的个数平均粒径优选为1～10μm。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的面积平均粒径优选为1～10μm。

在本发明中，上述微细化工序后的、担载有含钯粒子的碳担载体的粒径分布优选为大致正态分布。

在本发明中，上述微细化工序可以是利用选自均化器、珠磨机、剪切混合器、辊磨机和瓶碰辊研磨机中的至少1种搅拌装置将担载有含钯粒子的碳担载体进行微细化的工序。

在本发明中，优选上述最外层被覆工序至少具有：向上述含钯粒子被覆单原子层的工序，和将上述单原子层置换成含有铂的上述最外层的工序。

本发明的燃料电池是具备单电池单元的燃料电池，上述单电池单元具备膜·电极接合体，上述膜·电极接合体在高分子电解质膜的一面侧具备至少具有阳极催化剂层的阳极电极，在另一面侧具备至少具有阴极催化剂层的阴极电极，该燃料电池的特征在于，在上述阳极催化剂层和上述阴极催化剂层的至少任一方含有利用上述制造方法制造的燃料电池用催化剂。