[发明专利]燃料电池用催化剂颗粒及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用催化剂颗粒及其制造方法。更详细而言，本发明涉及能够实现优异发电性能的燃料电池用催化剂颗粒及其制造方法。

背景技术

固体高分子燃料电池一般具有多个发挥发电功能的单元电池层叠而成的结构。该单元电池通常具备包含高分子电解质膜和将其夹持的一对电极催化剂层的膜电极接合体。并且，各个单元电池的膜电极接合体与隔着隔离体而邻接的其它单元电池的膜电极接合体进行电连接。通过如此使单元电池堆叠、连接而构成燃料电池堆。而且，该燃料电池堆能够作为可以用于各种用途的发电手段而发挥功能。

简单说明固体高分子燃料电池的发电机理。在固体高分子燃料电池运行时，向单元电池的阳极侧供给燃料气体(例如氢气)，向阴极侧供给氧化剂气体(例如空气、氧气)。其结果，在阳极和阴极中分别进行下述反应式(I)和(II)所示的电化学反应，从而产电。

H₂→2H⁺+2e^－…(I)

2H⁺+2e^－+(1/2)O₂→H₂O…(II)

此处，为了提高发电性能，电极催化剂层中的催化活性的提高变得特别重要。以往，作为电极催化剂层的催化剂，公开了如下的催化剂：其具有颗粒状的基底层和在该基底层上形成的铂层，铂层的厚度为0.4nm以上且不足1nm(例如参照专利文献1)。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-45583号公报

发明内容

然而，本发明人等研究的结果发现，对于专利文献1记载的催化剂而言，存在催化活性依然不充分的问题。

本发明是鉴于上述现有技术中存在的课题而进行的。并且，本发明的目的在于提供即使在降低贵金属量的情况下催化活性仍然优异的燃料电池用催化剂颗粒及其制造方法。

本发明的第1方式的燃料电池用催化剂颗粒具备：包含贵金属以外的金属、以及贵金属以外的金属与贵金属的合金中的任意者的金属颗粒、和设置在前述金属颗粒表面的、厚度为1nm～3.2nm的贵金属层。

本发明的第2方式的燃料电池用催化剂颗粒的制造方法具有如下的工序：通过使贵金属以外的金属的盐或贵金属以外的金属的络合物分散在溶剂中来制备前体溶液，然后向前述前体溶液中添加还原剂，由此制备金属颗粒分散液的工序；以及向前述金属颗粒分散液中添加贵金属盐或贵金属络合物，由此在金属颗粒表面形成贵金属层的工序。

附图说明

图1为示意性示出本发明的实施方式的燃料电池用催化剂颗粒的剖视图。

图2为示出本发明的实施方式的燃料电池堆的概况的立体图。

图3为示意性示出上述燃料电池的基本构成的剖视图。

图4为示出实施例1的扫描型电子显微镜-能量色散型X射线光谱分析(TEM-EDX)的线分析结果的图。

图5为用于说明质量比活性的测定方法的图表。

图6为示出实施例中的贵金属层的厚度与质量比活性的关系的图表。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式的燃料电池用催化剂颗粒及其制造方法进行详细说明。需要说明的是，以下实施方式中引用的附图的尺寸比例为了方便说明而有所扩大，有时与实际的比例不同。

[燃料电池用催化剂颗粒]

本发明的实施方式的燃料电池用催化剂颗粒1(以下也简称为催化剂颗粒。)如图1所示，具备金属颗粒2和设置在金属颗粒2表面的贵金属层3。并且，催化剂颗粒1的特征在于贵金属层3的厚度为1～3.2nm。

本实施方式的催化剂颗粒1与以往相比，较厚地形成了贵金属层3。即，在贵金属层3的表面，为了进行由上述反应式(I)和(II)表示的电化学反应而使贵金属层3的厚度在上述范围内最优化，因此可以使催化剂颗粒的每单位贵金属质量的活性(质量比活性)提高。

从促进上述电化学反应的观点来看，贵金属层3必须至少含有贵金属。具体而言，贵金属层3优选含有选自由铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、铱(Ir)、钌(Ru)、以及银(Ag)组成的组中的至少一种。另外，贵金属层3更优选至少含有铂(Pt)。铂即使在酸性介质中也难以溶解，而且催化活性优异，因此特别优选作为贵金属层3的材料。