[发明专利]膜-电极接合体及使用该膜-电极接合体的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及膜-电极接合体及使用该膜-电极接合体的燃料电池。

背景技术

目前，在面向实用化而正在进行开发的固体高分子型燃料电池和直接甲醇型燃料电池中，已知有具备仅使用贵金属铂作为催化剂构成金属的电极催化剂的膜-电极接合体。但是，存在铂的成本高的问题以及储藏量有限因而将来有资源枯竭的可能性的问题。

因此，最近，提出了一种膜-电极接合体，其包含由仅使用贱金属钴作为催化剂构成金属的钴/吡咯/碳复合体构成的电极催化剂和由离子交换容量为0.9～1.1meq/g的离聚物构成的粘结剂(“Nature”，443卷，63-66页(2006)(非专利文献1))。

但是，上述的膜-电极接合体中，燃料电池的电流密度并不充分。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供电流密度优良的燃料电池及对于制造该燃料电池有用的膜-电极接合体。

本发明提供下述(1)～(7)项。

(1)一种膜-电极接合体，在电解质膜的两侧具备含有电极催化剂的催化剂层，其中，所述催化剂层中的至少一个催化剂层含有贱金属电极催化剂和离子交换容量为1.2meq/g以上的离聚物。

(2)如(1)所述的膜-电极接合体，其中，所述贱金属电极催化剂含有选自由钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钼、钽及钨组成的组中的至少一种金属。

(3)如(1)或(2)所述的膜-电极接合体，其中，所述贱金属电极催化剂包含金属络合物或改性处理后的金属络合物。

(4)如(1)～(3)中任一项所述的膜-电极接合体，其中，所述离聚物为向主链中具有芳香环的高分子化合物导入磺酸基而得到的高分子电解质。

(5)如(1)～(4)中任一项所述的膜-电极接合体，其中，含有贱金属电极催化剂和离子交换容量为1.2meq/g以上的离聚物的催化剂层，还含有碳载体，离聚物相对于所述碳载体的重量的重量比大于0且为1.0以下。

(6)如(1)～(5)中任一项所述的膜-电极接合体，其中，所述电解质膜为芳香烃类高分子电解质膜。

(7)一种燃料电池，其具备(1)～(6)中任一项所述的膜-电极接合体。

本发明的燃料电池的电流密度优良。并且，本发明的膜-电极接合体对于制造上述燃料电池有用且廉价。

附图说明

图1是使用本发明的膜-电极接合体的燃料电池单元的一例的纵剖面图。

具体实施方式

以下，对本发明进行详细说明。

[膜-电极接合体]

本发明的膜-电极接合体(Membrane Electrode Assembly，MEA)，在电解质膜的两侧具备含有电极催化剂的催化剂层，上述催化剂层中的至少一个催化剂层含有贱金属电极催化剂和离子交换容量为1.2meq/g以上的离聚物。另外，在本发明的膜-电极接合体中，上述贱金属电极催化剂和上述离聚物可以各自单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

(催化剂层)

·贱金属电极催化剂

本发明的膜-电极接合体中的贱金属电极催化剂，为含有贱金属元素作为催化剂成分的电极催化剂。上述贱金属电极催化剂中所含的贱金属元素可以是无电荷的原子，也可以是带电的离子。

作为上述贱金属元素，优选属于元素周期表的第4周期～第6周期的贱金属元素。作为上述属于元素周期表的第4周期～第6周期的贱金属元素，可列举钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼等，优选钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钇、锆、铌、钼、铪、钽和钨，更优选钛、钒、锰、铁、钴、镍和铜，特别优选铁和钴。

上述贱金属元素在上述贱金属电极催化剂中可以仅含有一种，也可以含有两种以上。

上述贱金属电极催化剂为阴极(氧电极或空气电极)用电极催化剂的情况下，该阴极用电极催化剂由对下述氧还原反应具有催化作用的材料构成。

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O