[发明专利]燃料电池用阴极催化剂层及其制造方法、包括该阴极催化剂层的燃料电池用膜电极组件

说明书

本发明提供一种燃料电池用阴极催化剂层及其制造方法，该燃料电池用阴极催化剂层包含经过热处理的有序介孔碳，并且，相对于燃料电池用阴极催化剂层总量，所述经过热处理的有序介孔碳的含量为1重量％至15重量％。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用阴极催化剂层及其制造方法、包括该阴极催化剂层的燃料电池用膜电极组件。

背景技术

燃料电池(Fuel cell)是将含在诸如甲醇、乙醇、天燃气的烃类物质中的氢和氧的化学反应能直接转换为电能的发电系统。

这种燃料电池是能够替代化石能源的清洁能源，具有通过由单位电池层叠而成的堆结构来输出不同范围的功率的优点，由于表现出小型锂电池的4 倍至10倍的能量密度，作为小型以及移动用便携式电源，备受关注。

作为燃料电池的代表例，可以举出聚合物电解质型燃料电池(PEMFC： PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cell)、直接氧化型燃料电池(Direct Oxidation FuelCell)。当在所述直接氧化型燃料电池中将甲醇用作燃料时，称之为直接甲醇燃料电池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)。

虽然所述聚合物电解质型燃料电池具有能量密度大、功率高的优点，但是存在如下问题：需要注意氢气的管理，并且为了生产作为燃料气体的氢气，需要用于重整甲烷、甲醇以及天然气等的燃料重整装置等辅助设备。

与之相反，直接氧化型燃料电池相较于聚合物电解质型燃料电池能量密度低，但是易于管理燃料，并且运行温度低，可以在常温下运行，尤其是具有不需要燃料重整装置的优点。

在这种燃料电池系统中，用于实际发电的堆具有由数个至数十个单位电池层叠的结构，所述单位电池由膜电极组件(Membrane-Electrode Assembly： MEA)和隔板(Separator，或又称为双极板(Bipolar Plate))构成。所述膜电极组件具有阳极(又名“燃料极”或“氧化电极”)和阴极(又名“空气极”或“还原电极”)隔着包含氢离子传导性聚合物的聚合物电解质膜布置的结构。

在燃料电池中发电的原理是，燃料供给到作为燃料极的阳极，吸附于阳极的催化剂上，燃料被氧化，生成氢离子和电子，此时生成的电子根据外部电路到达作为氧化极的阴极，氢离子通过聚合物电解质膜传达至阴极。氧化剂供给到阴极，该氧化剂、氢离子以及电子在阴极的催化剂上反应，生成水，并发电。

由于燃料电池的性能受阳极以及阴极的催化剂的性能的影响大，提高催化剂的活性的研究正在活跃进行。

尤其是聚合物电解质型燃料电池具有在低工作温度下可以实现高效率高功率的优点，相较于其它燃料电池迅速地实现商业化以及实用化。

为了实现聚合物电解质型燃料电池商业化，通过减少铂用量来降低成本是关键。但是，一旦铂用量减少，则会在功率和耐久性方面均造成不利。

一般，在具有高比表面积的碳上载有纳米尺寸的Pt的Pt/C催化剂用得最多，但是由催化剂的劣化现象导致的耐久性降低成为问题。

因此，用于解决因铂量减少引起的性能和耐久性问题的催化剂层的结构设计研究持续进行。

发明内容

所要解决的技术问题

一实施例提供一种燃料电池用阴极催化剂层，其耐久性、功率特性优秀，且经济。

另一实施例提供一种燃料电池用阴极催化剂层的制造方法。

又一实施例提供一种膜电极组件，其包括所述燃料电池用阴极催化剂层。

解决技术问题的方案