[发明专利]燃料电池用电极催化剂层、燃料电池用电极、燃料电池用膜电极接合体及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极催化剂层、燃料电池用电极、燃料电池用膜电极接合体及燃料电池。更具体地说，本发明涉及可实现优异发电性能的燃料电池用电极催化剂层、燃料电池用电极、燃料电池用膜电极接合体及燃料电池。这种燃料电池能够应用于例如车辆等。另外，作为这种燃料电池，能够代表性地举出固体高分子型燃料电池(PEFC)。

背景技术

固体高分子型燃料电池，通常具有使发挥发电功能的多个单个单元层叠而成的构造。该单个单元分别具有膜电极接合体(MEA)，该膜电极接合体具有高分子电解质膜(例如、NAFION(注册商标，“デュポン株式会社”制))及对其进行夹持的一对(正极、负极)电极催化剂层。另外，该单个单元有时还具有含有一对(正极、负极)气体扩散层(GDL)的膜电极气体扩散层接合体，该一对气体扩散层用于对膜电极接合体进行夹持，使供给气体分散。并且，各单个单元所具有的膜电极接合体或膜电极气体扩散层接合体，与经由隔膜而相邻的其它单个单元的膜电极接合体或膜电极气体扩散层接合体电气连接。通过使单个单元按照上述方式层叠而连接，从而构成燃料电池堆。并且，该燃料电池堆可作为能够用于多种用途的发电单元起作用。

对固体高分子型燃料电池的发电原理进行简单说明。在固体高分子型燃料电池运转时，向单个单元的正极侧供给燃料气体(例如氢气)，向负极侧供给氧化剂气体(例如空气、氧气)。其结果，在正极及负极分别进行以下述反应式(I)及(II)表示的电化学反应，产生电力。

H₂→2H⁺+2e^－…(I)

2H⁺+2e^－+(1/2)O₂→H₂O…(II)

为了提高发电性能，在反应式(I)及(II)中，质子输送性提高变得重要，在反应式(II)中，表观催化剂活性提高变得尤为重要。

当前，为了实现质子输送性和表观催化剂活性的提高，提出了专利文献1的燃料电池。在专利文献1的燃料电池中，在电解质膜上形成有催化剂电极层，该催化剂电极层具有催化剂、对承载催化剂的电子传导体、形成为包覆电子传导体的规定的质子传导性树脂。并且，该规定的质子传导性树脂含有分子量不同的至少大于或等于两种的质子传导性树脂。此外，电子传导体的聚集体内的微孔中存在的质子传导性树脂的分子量，比电子传导体聚集体之间的微孔中存在的质子传导性树脂的分子量小。

专利文献1：日本特开2009－187848号公报

发明内容

但是，本发明的发明人在研究中发现，上述专利文献1中记载的燃料电池存在下述问题，即，在使催化剂承载量降低的情况下，无法获得充分的发电性能。

本发明就是鉴于上述现有技术中存在的课题而提出的。并且，本发明的目的在于提供一种即使在催化剂承载量降低的情况下，也能够提高表观催化剂活性和质子输送性等，可实现优异发电性能的燃料电池用电极催化剂层、燃料电池用电极、燃料电池用膜电极接合体及燃料电池。

本发明的方式所涉及的燃料电池用电极催化剂层，含有催化剂、对催化剂进行承载的载体、及与催化剂及载体的至少一部分接触且质子供给性基为1摩尔时的干燥质量值不同的大于或等于2种的质子传导材料。并且，该燃料电池用电极催化剂层的特征在于，质子传导材料中质子供给性基为1摩尔时的干燥质量值最高的质子传导材料，与催化剂的至少一部分接触，而且，与催化剂表面的接触率最大。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的燃料电池堆的概略的斜视图。

图2是示意地表示第1实施方式所涉及的燃料电池的基本结构的剖视图。

图3是示意地表示第1实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的说明图。

图4是示意地表示构成第1实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的催化剂体的构造的说明图。

图5是示意地表示构成第2实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的催化剂体的构造的说明图。

图6是示意地表示构成第3实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的催化剂体的构造的说明图。

图7是示意地表示第4实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的催化剂体的说明图。

图8是示意地表示构成第5实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的催化剂体的构造的说明图。

图9是示意地表示构成第6实施方式所涉及的燃料电池的电极催化剂层的催化剂体的构造的说明图。