[发明专利]催化剂颗粒以及使用其而构成的电极催化剂、电解质膜－电极接合体及燃料电池

说明书

本发明提供一种能够发挥高活性的催化剂颗粒。催化剂颗粒是由铂原子及非铂金属原子构成的合金颗粒，上述合金颗粒具有形成粒状的主体部和从上述主体部的外表面向外侧突出的多个突状部。在此，上述主体部由非铂金属及铂形成，上述突状部以铂为主要成分而形成，上述突状部的纵横比(直径/长度)超过0且为2以下。

技术领域

本发明涉及催化剂颗粒以及使用其而构成的电极催化剂、电解质膜－电极接合体及燃料电池。特别是本发明涉及能够发挥高活性的催化剂颗粒以及使用其而构成的电极催化剂、电解质膜－电极接合体及燃料电池。

背景技术

近年来，与以能量/环境问题作为背景的社会需求、动向相呼应，常温下也能工作并得到高功率输出密度的燃料电池作为电动汽车用电源、固定型电源受到关注。燃料电池是由电极反应生成的产物在原理上为水、对地球环境几乎没有不良影响的绿色的发电系统。特别是固体高分子型燃料电池(PEFC)在较低温下工作，因此，作为电动汽车用电源受到期待。固体高分子型燃料电池的结构通常为利用隔膜夹持电解质膜－电极接合体(MEA)而成的构造。电解质膜－电极接合体是高分子电解质膜被一对电极催化剂层和气体扩散性的电极(气体扩散层；GDL)夹持而形成的结构。

上述那样的具有电解质膜－电极接合体的固体高分子型燃料电池中，夹持固体高分子电解质膜的两电极(阴极和阳极)中，根据其极性进行以下记载的反应式所示的电极反应，得到电能。首先，供给至阳极(负极)侧的燃料气体中所含的氢气在催化剂成分的作用下被氧化，形成质子和电子(2H₂→4H⁺+4e^－：反应1)。接着，生成的质子通过电极催化剂层中所含的固体高分子电解质、进而与电极催化剂层接触的固体高分子电解质膜，到达阴极(正极)侧电极催化剂层。另外，阳极侧电极催化剂层中生成的电子通过构成电极催化剂层的导电性载体、进而和电极催化剂层的与固体高分子电解质膜不同的一侧相接触的气体扩散层、隔膜和外部电路，到达阴极侧电极催化剂层。然后，到达阴极侧电极催化剂层的质子和电子与供给至阴极侧的氧化剂气体中所含的氧气发生反应而生成水(O₂+4H⁺+4e^－→2H₂O：反应2)。燃料电池中，通过上述的电化学反应，将电取出至外部成为可能。

为了提高发电性能，例如，专利文献1中报告有一种从中心部放射状地伸长有树枝状部分的具有金平糖形状的金属纳米颗粒。根据专利文献1记载了，能够具有热稳定的粒径，同时，能增加比表面积，因此，能够提高催化剂功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－26665号公报

发明所要解决的课题

但是，专利文献1所记载的金属纳米颗粒依然需要大量为了要实现期望的活性所需要的金属(特别是铂)量。因此，专利文献1所记载的金属纳米颗粒不能说作为催化剂所需要的活性充分。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供一种能够发挥高活性的催化剂颗粒。

用于解决课题的方案

本发明人等为了解决上述问题，进行了锐意研究。其结果发现，通过利用活性高的铂实质性地形成具有金平糖(星星糖)形状的催化剂颗粒中、主要有助于反应的突状部，能够解决上述课题，并完成本发明。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的一个实施方式的催化剂颗粒的剖面图；

图2是表示本发明的一个实施方式的固体高分子型燃料电池的基本结构的概略剖面图。

具体实施方式