[发明专利]燃料电池用电极、燃料电池用电极的制造方法、聚合物电解质燃料电池以及催化剂墨水

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于在2011年8月9日提交的日本专利申请No.2011-174041要求优先权，该日本专利申请的全部公开内容通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极、燃料电池用电极的制造方法、聚合物电解质燃料电池和催化剂墨水。

背景技术

在制造用于聚合物电解质燃料电池的电极时，使用包括其上承载有催化剂（例如，铂）的导电载体的催化剂墨水和电解质树脂。由于铂昂贵，希望铂的含量较少。然而，减少铂的含量降低了燃料电池的发电能力。为了防止发电能力降低，一种提出的技术使用具有高透氧性的电解质树脂（例如，JP2003-36856A）。

在使用包含这样的具有高透氧性的电解质树脂的催化剂墨水制造电极时，当催化剂墨水被涂敷在电极衬底（例如，电解质膜或四氟乙烯片）上并且被干燥时，可能在电极上发生裂纹（cracking）。裂纹在电极上的发生可能导致交叉泄漏并且降低燃料电池的发电能力。

发明内容

为了解决前述问题的至少一部分，本发明的目的是提供一种技术，该技术防止在通过使用甚至包含具有高透氧性的电解质树脂的催化剂墨水制造的电极上裂纹的发生。

为了实现前述的至少一部分，本发明提供了下述的各种方面和实施例。

根据一个方面，提供了一种燃料电池用电极，其包括：催化剂载体，其是其上承载有催化剂的导电载体；第一电解质树脂；以及第二电解质树脂，其中所述第一电解质树脂在温度为80摄氏度且相对湿度为50%的环境中具有小于2.2×10^-14mol/(m s Pa)的透氧率，并且所述第二电解质树脂在温度为80摄氏度且相对湿度为50%的环境中具有不小于2.2×10^-14mol/(m s Pa)的透氧率。

通过使用第一电解质树脂，根据该方面的燃料电池用电极抑制了其上承载有催化剂的作为导电载体的催化剂载体的聚集，该聚集是由具有高透氧率的第二电解质树脂的结构引起的。这从而防止了在燃料电池用电极上发生裂纹。

根据所述燃料电池用电极的一个实施例，相对于所述第一电解质树脂和所述第二电解质树脂的总质量，所述第一电解质树脂的质量分率可以不小于2%且不大于50%。

根据该实施例的燃料电池用电极提供了具有高发电能力且同时防止在电极上发生裂纹的燃料电池。

本发明可以通过除了上述的燃料电池用电极之外的各种方面实现，例如，燃料电池用电极的制造方法、所述制造方法中使用的催化剂墨水、膜电极组件、燃料电池、装配有所述燃料电池的移动车辆、以及被配置成向规定的设施提供电力的固定发电设备。

附图说明

图1是示例出燃料电池的概略结构的横截面图；

图2示意性示例出阴极电极附近的结构；

图3是示出了阴极电极中承载催化剂的碳附近的详细结构的放大图；

图4是示出燃料电池用电极的制造方法的流程图；

图5是示出用于确定一般型（general-type）电解质树脂的分率（fraction）的催化剂墨水的组分的表；

图6是示出对于催化剂墨水A-G的剪切应力的测量结果的图；

图7是使用催化剂墨水A制造的电极的表面的SEM图像；

图8是使用催化剂墨水B制造的电极的表面的SEM图像；

图9是使用催化剂墨水C制造的电极的表面的SEM图像；

图10是使用催化剂墨水D制造的电极的表面的SEM图像；

图11是使用不同含量的催化剂墨水A制造的电极的表面的SEM图像；

图12是使用不同含量的催化剂墨水B制造的电极的表面的SEM图像；

图13是总结了电极表面的SEM观察结果的表；

图14是示出分别使用催化剂墨水A-G的燃料电池的电流密度-电压特性的图；

图15是示出了在0.2A/cm²的电流密度下一般型电解质树脂的分率与电池电压之间的关系的图；

图16是示出了在0.2A/cm²的电流密度下与一般型电解质树脂的分率相关的所测量的电池电压的表；

图17示例出等效电路；

图18是示出了阴极电极的质子电阻（proton resistance）的图；

图19是总结了与一般型电解质树脂的分率相关的燃料电池的发电能力和电极表面状况的表。

具体实施方式