[发明专利]用于燃料电池的负载的催化剂材料、其制造方法以及具有此类催化剂材料的电极结构

权利要求书

1.用于燃料电池(10)的负载的催化剂材料(20)，其包含多孔且导电的碳基载体材料(21)和沉积或生长在载体材料(21)上的催化结构(28)，其中催化结构(28)具有从内向外至少包含下列成分的多层结构：

– 包含导电的体积材料的核心层(23)，其中所述体积材料设置为与碳基载体材料(21)直接接触，和

– 包含催化活性贵金属或其合金的表面层(26)，

其中所述催化结构在载体材料上基本上不连续地，即彼此分隔地设置，和因此在相邻的催化结构之间存在空隙，载体材料在这些空隙中是裸露的，

所述催化结构具有“切开的”核-壳-结构，其中“切割面”设置在载体材料上并与其接触，并且核心层(23)的体积材料选自金属的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物以及它们的混合物。

2.根据权利要求1的催化剂材料(20)，其特征在于，在核心层(23)和表面层(26)之间设置附着力增强剂层(24)。

3.根据权利要求2的催化剂材料(20)，其中所述附着力增强剂层(24)包含钨。

4.根据权利要求1或2的催化剂材料(20)，其特征在于，在核心层(23)和表面层(26)之间或在附着力增强剂层(24)和表面层(26)之间设置包含贵金属合金的中间层(25)。

5.根据权利要求1或2的催化剂材料(20)，其特征在于，表面层(26)的晶体边缘和/或晶体角被局部的保护层(27)覆盖。

6.根据权利要求1或2的催化剂材料(20)，其特征在于，所述碳基载体材料(21)具有多孔的颗粒状结构。

7.根据权利要求6的催化剂材料(20)，其中所述碳基载体材料(21)是球体或纤维形状的。

8.根据权利要求6的催化剂材料(20)，其中所述碳基载体材料(21)选自碳纳米结构、石墨、火山灰、石墨化碳、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、炉黑、炭黑、活性炭和中间相碳。

9.根据权利要求1或2的催化剂材料(20)，其特征在于，核心层(23)的体积材料至少点状共价或通过物质的原子或分子间作用力结合到碳基载体材料(21)上。

10.用于燃料电池(10)的电极结构，其包括选自聚合物电解质膜(11)和透气导电基底(13)的扁平载体(11、13)和设置在载体(11、13)的至少一个扁平侧面上并包含根据权利要求1至9任一项的负载的催化剂材料(20)的催化涂层(12a、12k) 。

11.燃料电池(10)，其具有聚合物电解质膜(11)和各一个设置在聚合物电解质膜(11)的扁平侧面上的层(12a、12k)，所述层的至少一个包含根据权利要求1至9任一项的负载的催化剂材料(20)。

12.制造根据权利要求1至9任一项的催化剂材料(20)的方法，其包括下列步骤：

– 提供碳基载体材料(21)；

– 在载体材料(21)上产生锚固点(22)，其选自具有杂质材料的掺杂物、官能团、电荷、自由电子对或晶格缺陷；

– 将导电的体积材料从气相中沉积到锚固点(22)上和周围并直接沉积在碳基载体材料(21)上，以形成核心层(23)；

– 将包含催化活性贵金属或其合金的层从气相中沉积到核心层(23)上。