[发明专利]制造燃料电池用的电极的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造燃料电池的电极的方法和设备。具体而言，本发明涉及一种制造燃料电池的电极的方法和设备，其中，通过简单的制造处理使微型催化剂粒子均匀分布。

背景技术

燃料电池是一种将通过燃料气体和氧化气体之间的反应而产生的化学反应能量直接转化为电能的电能产生系统。根据使用的电解质的类型，可将燃料电池划分为熔融碳酸盐电极薄膜燃料电池(molten carbonateelectrode membrane fuel cell)，磷酸电极薄膜燃料电池(phosphoric acidelectrode membrane fuel cell)，碱性电极薄膜燃料电池，和聚合物电极薄膜燃料电池。这些燃料电池基本上基于相同的原理进行操作。然而，燃料电池包括不同种类的燃料，操作温度以及催化剂。

在它们中间，由于具有高输出密度和高能量转化率的聚合物电极薄膜燃料电池(PEMFC)可以在室温中被操作并且可被缩小，所以PEMFC被广泛地应用到诸如无污染汽车、家用电力发生系统、移动通讯设备、医疗器械和军用设备等不同领域中。

图1是原理地图解示出了使用氢气作为燃料的氢离子交换薄膜燃料电池的视图，该氢离子交换薄膜燃料电池是一种聚合物电极薄膜燃料电池。如图1所示，燃料电池构成为使氢离子交换薄膜1设置在阳极和阴极(以下称为气体扩散电极)之间的结构。

氢离子交换薄膜1由固体的聚合物电解质制成，并且气体扩散电极包括用以供给反应气体的支持物层2和3，和发生反应气体的氧化-还原反应的催化剂层4和5。催化剂层4和5主要由涂有诸如铂的金属催化剂的碳粉制成。碳粉用于扩大发应气体的反应面积，并且金属催化剂促进反应气体的氧化-还原反应。

制造该催化剂层的方法可划分为沉淀法或胶质法。美国专利文件4,186,110披露了一种使包括碳载体和注入水成氢氯铂酸的酸溶液的水的浆碱化、并添加诸如甲醛的还原剂使铂还原成液态的方法。日本专利申请公开文件2002-42825披露了一种将氢气添加到水成氢氯铂酸和聚丙烯酸的酸溶液中以形成通过碳载体载有胶态铂的胶态铂、并在氮气环境下去除聚丙烯酸酯的方法。

然而，尽管美国专利文件4,186,110中披露的方法具有制造处理相对简单的优点，但是其具有铂分布不均匀和粒子尺寸较大的缺点。日本专利申请公开文件2002-42825中披露的方法具有通过诸如聚丙烯酸的额外的碳酸而获得微型铂粒子的优点。然而，其具有由于去除注射的碳酸的额外步骤而造成制造处理复杂的缺点。

此外，上述传统方法利用含有铂的混合物制造金属催化剂，并因此具有获得纯金属催化剂的局限性。另外，通过该方法不易控制催化剂粒子的尺寸。

发明内容

因此，本发明的一方面是提供一种用于制造燃料电池用的电极的方法和设备，其中，通过简单的制造处理使微型催化剂粒子均匀地分布。

本发明的另一方面提供一种制造具有纯催化剂粒子的燃料电池用的电极的方法和设备。

本发明的又一方面提供一种制造燃料电池用的电极并易于控制催化剂粒子的尺寸的方法和设备。

本发明的其它方面和/或优点将在以下的说明中部分阐述，并且将从所述说明中部分地清楚呈现，或可在对本发明的实践中获悉。

本发明的前述和/或其他方面提供了一种用于制造具有催化剂支持物的燃料电池用的电极的方法，其中金属催化剂通过载体支持，所述方法包括以下步骤：设置至少一个加热单元，用以加热材料；利用所述至少一个加热单元蒸发所述材料，用以产生催化剂粒子；以及使催化剂粒子供给并附着于碳载体。

根据本发明的一方面，设置至少一个加热单元以加热材料的步骤包括在水平和垂直方向上布置多个加热单元，并且利用所述至少一个加热单元蒸发所述材料用以产生催化剂粒子的步骤包括直接加热所述材料的表面。

根据本发明的一方面，加热单元包括加热主体和加热元件，所述材料与所述加热主体相接触地位于所述加热主体上，所述加热元件埋在加热主体中以产生热。

根据本发明的一方面，碳载体包括碳布或碳纸，并且所述方法进一步包括步骤：传送所述碳布或碳纸。

根据本发明的一方面，该方法进一步包括步骤：利用流体发生源产生气体的流动，使当利用所述至少一个加热单元蒸发所述材料以产生催化剂粒子时所产生的催化剂粒子，移动到所述碳载体上。

根据本发明的一方面，使催化剂粒子供给并附着于碳载体的步骤包括冷却所述碳载体。

根据本发明的一方面，所述材料为铂块，并且与所述材料相接触的所述加热主体的温度控制在大约1000℃和1700℃之间。