[发明专利]燃料电池用电极催化剂的制造方法、燃料电池用电极催化剂及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极催化剂的制造方法、燃料电池用电极催化剂及其用途。

背景技术

固体高分子型燃料电池(PEFC)为用阳极和阴极夹着高分子固体电解质，将燃料供给至阳极，将氧或空气供给至阴极，在阴极氧被还原而取出电的形式的燃料电池。燃料主要使用氢或甲醇等。

以往，为了提高燃料电池的反应速度，提高燃料电池的能量转换效率，在燃料电池的阴极(空气电极)表面、阳极(燃料电极)表面设置有包含催化剂的层(以下也记为“燃料电池用电极催化剂层”。)。

作为该催化剂，一般而言使用贵金属，在贵金属中以往主要使用在高电位下稳定，活性高的铂、钯等贵金属。然而，这些贵金属的价格高，此外资源量受限，因此进行了能够替代的各种催化剂(例如，专利文献1～4等中公开那样的包含金属原子、碳原子、氮原子和氧原子的燃料电池用电极催化剂)的开发。

这些文献中，专利文献4中公开了，在包含氧气的非活性气体中将金属碳氮化物进行加热，使所得的金属碳氮氧化物与酸性溶液进行接触的燃料电池用电极催化剂的制造方法，根据该制造方法，提供了与以往相比对于反复的电流电压的变化的耐久性优异，即使经过这样的反复后最大输出密度难以降低的包含金属碳氮氧化物的燃料电池用电极催化剂、和使用了该催化剂的燃料电池。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2009/91043号小册子

专利文献2：国际公开WO2010/131634号小册子

专利文献3：国际公开WO2011/99493号小册子

专利文献4：国际公开WO2012/8249号小册子

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的是提供即使在将燃料电池长时间连续运转的情况下，也可获得高耐久性和高最大输出密度的燃料电池用电极催化剂及其制造方法，以及使用了该催化剂的燃料电池等。

用于解决课题的方法

本发明人等进行了深入研究，结果发现，通过使包含铜作为金属元素的催化剂前体与酸性溶液进行接触来制造燃料电池用电极催化剂，从而可以解决上述课题。

本发明涉及例如以下的[1]～[13]。

[1]

一种燃料电池用电极催化剂的制造方法，其包括下述工序：

准备包含金属元素、碳、氮和氧的各原子且包含铜作为上述金属元素的催化剂前体的工序，以及

使上述催化剂前体与酸性溶液进行接触而获得催化剂的接触工序。

[2]

根据上述[1]所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，上述金属元素的10～99摩尔％为铜。

[3]

根据上述[1]或[2]所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，作为上述金属元素进一步包含铁。

[4]

根据上述[3]所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，上述金属元素的1～20摩尔％为铁。

[5]

根据上述[1]～[4]的任一项所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，作为上述金属元素进一步包含选自钠、钛、锆、锌和钽中的至少1种。

[6]

根据上述[1]～[5]所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，上述酸性溶液为选自氯化氢、硫酸、柠檬酸和乙酸中的至少1种酸的水溶液。

[7]

根据上述[1]～[6]的任一项所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，在下述条件下进行上述接触工序，

温度：15～100℃，

时间：0.1～500小时，

酸的浓度：0.01～15N。

[8]

一种燃料电池用电极催化剂，其是通过上述[1]～[7]的任一项所述的制造方法制造的。

[9]

一种燃料电池用电极催化剂层，其包含上述[8]所述的燃料电池用电极催化剂。

[10]

一种电极，其是具有燃料电池用电极催化剂层和多孔质支持层的电极，上述燃料电池用电极催化剂层为上述[9]所述的燃料电池用电极催化剂层。

[11]

一种膜电极接合体，其是具有阴极、阳极以及配置于上述阴极与上述阳极之间的电解质膜的膜电极接合体，上述阴极和/或上述阳极为上述[10]所述的电极。

[12]

一种燃料电池，其具备上述[11]所述的膜电极接合体。

[13]