[发明专利]燃料电池的催化剂、电极和膜电极组件及其燃料电池系统

说明书

技术领域

本公开涉及用于燃料电池的催化剂、用于燃料电池的电极、用于燃料电池的膜电极组件，以及包括其的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是通过与氧或另一氧化剂的化学反应将燃料（例如氢）的化学能转化为电的设备。氢是最常见的燃料，但有时候也使用烃类例如天然气和醇类例如甲醇和乙醇。燃料电池与电池的不同在于它们需要恒定的燃料源和氧源来运行，但是它们能够持续地产生电只要有这些输入供应。燃料电池有很多不同的设计，然而，两种更广知的设计是聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）和使用甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池（DMFC）。

燃料电池系统包括电池组，电池组的结构是数个到数十个由膜电极组件（MEA）和隔板（双极板）构成的单元电池层叠在一起。膜电极组件包括与聚合物电解质膜布置在一起的阳极（“燃料电极”或“氧化电极”）和阴极（“空气电极”或“还原电极”），其中聚合物电解质膜具有介于其间的氢离子传导聚合物。

在燃料电池内的发电过程中，燃料被供应到阳极（即，燃料电极）以吸附在阳极催化剂上，并被氧化而产生氢离子和电子，产生的电子沿着外电路向阴极（即，氧化电极）传导，且氢离子经聚合物电解质膜传导到阴极。氧化剂被供应到阴极，且氧化剂、氢离子和电子在阴极催化剂下反应以产生电同时产生水作为副产物。

然而，这些催化剂趋向于随着时间被腐蚀，因此并不像工业领域所期望的能使燃料电池系统适用于工业标准（例如车辆制造）的那样耐用。因此，现今需要一种比当前市场上所生产的催化剂更耐用的催化剂。

以上在背景部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因而其可能包含有并不构成该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明的示例性实施方式提供具有优异的耐用性、将被应用到例如车辆内的燃料电池系统内的膜电极组件中的电极的催化剂。

更具体地，本发明的示例性实施方式提供用于燃料电池的催化剂，包括：第一催化剂（Pt/C），其包括承载在碳上的铂；和第二催化剂，包括铱-钌（Ir-Ru）合金。具体而言，在本发明的一些示例性实施方式中，基于100wt%的第一催化剂，第二催化剂的含量可以是1wt%～30wt%。此外，Ir-Ru合金可以由Ir_xRu_2-x表示（x为0.9～1.1）。

在另一个示例性实施方式中，本发明提供用于燃料电池的阴极，包括：电极基板，以及形成在电极基板上且包含有上述催化剂的催化剂层。

此外，在本发明的另一个示例性实施方式中，用于燃料电池的膜电极组件可以包括阴极、阳极和位于阴极与阳极之间的聚合物电解质膜。

在本发明的另一个示例性实施方式中，电极和膜电极组件可以应用到系统，其中的燃料电池系统包括：至少一个电能发生器，其包含有膜电极组件以及位于膜电极组件的两面的隔板；燃料供应器；以及氧化剂供应器。电能发生器可以用作经燃料的氧化反应和氧化剂的还原反应而产生电。燃料供应器可以用作将燃料供应到电能发生器，而氧化剂供应器用作将氧化剂供应到电能发生器。

根据本发明的示例性实施方式，因为用于燃料电池的催化剂具有优异的耐用性，可以改善燃料电池的功率和循环寿命特性，并改善整个系统的工业应用性。

附图说明

通过以下的详细描述并结合附图，可以更清楚地理解本发明的以上和其他目的、特征和优点，其中：

图1是示意性示出根据本发明示例性实施方式的燃料电池系统的结构的视图。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该（a、an、the）”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括（comprises和/或comprising）”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。