[发明专利]燃料电池用催化剂、燃料电池用膜电极接合体及具备该燃料电池用膜电极接合体的燃料电池

说明书

本发明提供一种电力的输出特性高，并抑制由启动、停止或负载变动导致的发电性能的降低的燃料电池用催化剂、其制造方法、燃料电池用膜电极接合体及具备其的燃料电池。本发明中的燃料电池用催化剂至少具有催化活性物质、及负载所述催化活性物质的载体，其中，所述催化活性物质为选自铂、铂合金、及用包含铂的壳包覆与铂不同的金属的核而成的核壳催化剂中的至少一种，所述载体为碳材料，所述催化活性物质及所述载体中的至少任一者包含氟原子。

技术领域

本发明涉及燃料电池用催化剂、其制造方法、燃料电池用膜电极接合体及具备其的燃料电池，更详细而言，涉及电力的输出特性高，抑制了由启动、停止或负载变动导致的发电性能的降低的燃料电池用催化剂、其制造方法、燃料电池用膜电极接合体及具备其的燃料电池。

背景技术

燃料电池直接将化学能转换为电能，由于其在转换时仅排出水，因此作为清洁的发电系统备受瞩目。燃料电池根据所使用的电解质、电极的种类进行分类。作为代表性的燃料电池，例如，可举出：固体高分子型、固体氧化物型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型、碱性型等。在这些燃料电池中，固体高分子型的燃料电池的运行温度低(通常为100℃以下)，能够实现小型化，因此，被用作家用热电联产系统、电动汽车用电源、便携式电源、信息设备用电源。

固体高分子型燃料电池通常具有在膜电极接合体(MEA:Membrane ElectrodeAssembly)的两个面上分别依次层叠一对气体扩散层及金属隔膜而成的基本结构。将该基本结构称为“单电池”。膜电极接合体具有具备质子传导性的固体电解质膜被一对电极催化剂层即阳极侧电极催化剂层及阴极侧电极催化剂层夹持的结构。电极催化剂层通常由负载催化剂及具有质子传导性的离聚物构成，其中，负载催化剂是在具有导电性的载体上负载促进燃料电池反应的催化活性物质而成的。

在阳极侧供应包含氢气的燃料气体，在阴极侧供应包含氧气的氧化剂气体，在各自的电极催化剂层上的催化活性物质上形成的三相界面内进行下述化学反应式所示的反应，固体高分子型燃料电池由此发电。

[化学式1]

H₂→2H⁺+2e^-(阳极侧) (1)

作为这样的固体高分子型燃料电池，例如，专利文献1中公开了一种燃料电池用催化剂，该燃料电池用催化剂包含碳质材料、作为固体高分子电解质的阳离子交换树脂、及催化剂金属粒子，催化剂金属粒子主要负载于碳质材料与阳离子交换树脂的质子传导路径的接触面。并且，通过使阳离子交换树脂的厚度(A)及催化剂金属粒子的粒径(B)满足B≤A≤B×1.2的关系，提高催化剂金属的利用率，且得到较高的输出及优异的耐久性能。但是，专利文献1中公开的燃料电池用催化剂中电力的输出仍然不充分，需要进一步改善。

另外，专利文献2中公开了一种满足0.8≤(F/C)_S/(F/C)_W≤1.2的关系的含氟碳粒子，(其中，(F/C)_S为含氟碳粒子的外表面上的氟原子的原子数相对于碳原子的原子数的比，(F/C)_W为含氟碳粒子的整体中的氟原子的原子数相对于碳原子的原子数的比)。根据该专利文献2，在由含氟碳粒子构成的载体上负载铂，通过使用由此得到的燃料电池用催化剂，得到了发电性能高，即使反复进行燃料电池的启动及停止，发电性能也不易降低的燃料电池。但是，即使是在使用专利文献2中公开的含氟碳粒子的燃料电池用催化剂中，发电性能仍然不充分，需要进一步改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-79489号公报

专利文献2：国际公开WO2016/190248号

发明内容

发明所要解决的问题