[发明专利]电化学器件的电极催化剂、膜电极接合体、它们的制造方法和电化学器件的电极催化剂层

说明书

本公开提供一种电化学器件的电极催化剂，其能够降低由离聚物所致的催化剂金属的中毒。本公开的电化学器件的电极催化剂是包含介孔材料和担载于介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电化学器件的电极催化剂，介孔材料具有介孔，在担载催化剂金属粒子之前，所述介孔的众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm³/g，担载于所述介孔中的所述催化剂金属粒子的数密度，在所述介孔材料的外侧小于所述介孔材料的内侧。

技术领域

本公开涉及在电化学器件中使用的电极催化剂、包含该电极催化剂的电极催化剂层、具备该电极催化剂层的膜电极接合体、使用了该膜电极接合体的电化学器件、电化学器件的电极催化剂层的制造方法及电化学器件的膜电极接合体的制造方法。

背景技术

作为电化学器件的一例，已知燃料电池。例如，固体高分子型燃料电池具备用于使含有氢的燃料气体与含有氧的氧化剂气体发生电化学反应(发电反应)的膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly、MEA)。

一般而言，构成膜电极接合体的电极催化剂层，通过将在炭黑等导电性材料担载有铂等催化剂金属的催化剂和具有质子传导性的高分子电解质(以下记为离聚物)分散于水或醇等溶剂中而制作催化剂糊，再使该催化剂糊涂布于高分子电解质膜或其他基材并使其干燥来形成。

另外，为了抑制由离聚物所致的催化剂金属的中毒，还提出了使催化剂金属的粒子担载于包含介孔碳的载体的内部、并且在担载有该粒子的载体上覆盖离聚物而形成的方法(例如专利文献1、2)。

在先技术文献

专利文献1：国际公开第2014/175106号

专利文献2：国际公开第2014/185498号

发明内容

本公开的课题在于提供能够降低由离聚物所致的催化剂金属的中毒的电化学器件的电极催化剂、电化学器件的电极催化剂层、电化学器件的膜电极接合体及电化学器件作为一例。

本公开涉及的电化学器件的电极催化剂的一方式包含介孔材料和担载于上述介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子，上述介孔材料具有介孔，在担载上述催化剂金属粒子之前，所述介孔的众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm³/g，担载于上述介孔中的上述催化剂金属粒子的数密度在上述介孔材料的外侧小于上述介孔材料的内侧。

另外，本公开涉及的电化学器件的电极催化剂层的一方式至少包含上述一方式的电极催化剂和离聚物。

另外，本公开涉及的电化学器件的膜电极接合体的一方式具备高分子电解质膜和燃料极及空气极，所述燃料极及空气极设置于上述高分子电解质膜的两侧且包含电极催化剂层及气体扩散层，至少上述空气极的上述电极催化剂层包含上述一方式的电极催化剂层。

另外，本公开涉及的电化学器件的一方式包含上述一方式的膜电极接合体。

另外，本公开涉及的电化学器件的电极催化剂的制造方法的一方式具备使催化剂金属粒子担载于具有介孔的介孔材料的上述介孔中的工序，所述介孔的众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm³/g，在上述工序中，担载于上述介孔中的上述催化剂金属粒子的数密度在上述介孔材料的外侧小于上述介孔材料的内侧。

另外，本公开的电化学器件的膜电极接合体的制造方法的一方式具备：使具有介孔的介孔材料的上述介孔中以上述介孔材料的外侧的数密度小于上述介孔材料的内侧的数密度的方式担载催化剂金属粒子的工序，所述介孔的众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm³/g；使担载有上述催化剂金属粒子的介孔材料中担载离聚物的工序；以及在电解质膜上设置包含担载有上述催化剂金属粒子及上述离聚物各自的介孔材料的电极催化剂层的工序。