燃料电池制造技术

一种燃料电池，包括电解质膜（１１０）；阴极电极层（１３０），置于电解质膜（１１０）的表面处；和阳极电极层（１２０），置于电解质膜（１１０）的与面对阴极电极层（１３０）的表面的相对侧的表面处。阴极电极层（１３０）和阳极电极层（１２０）中的至少一个电极层包括：置于与电解质膜（１１０）的界面处的第一催化剂层（１３１）；和置于第一催化剂层（１３１）的面对电解质膜（１１０）的表面的相反侧的表面处的第二催化剂层（１３２）。第一催化剂层（１３１）被构造为含有未负载于载体上的催化剂，而且不含有负载于载体上的催化剂。第二催化剂层（１３２）被构造为含有负载于载体上的催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于抑制燃料电池性能降低的技术。
技术介绍
燃料电池例如聚合物电解质燃料电池具有如下构造，其中MEA(膜电极组件)和隔板交替地层叠，通过在阴极电极和阳极电极(可以在下文中一起地被简单称作"电极")之间插入电解质膜而制造每一个MEA。含有氧的氧化剂气体经由隔板被供应到阴极电极，从而被用于通过下面的公式(l)所表示的反应中。在另一方面，含有氢的燃料气体经由隔板被供应到阳极电极，从而被用于通过下面的公式(2)所表示的反应中。燃料电池根据这些反应将这些物质的化学能直接地转变成电能。阴极电极反应2H+. 2e: (1/2)02 — H20…(1)阳极电极反应H2 — 2H+. 2e'…(2)电极含有催化剂从而在电极处氧化剂气体和燃料气体(可以在下文中被一起地称作"反应气体")的以上反应有效率地进行。催化剂的一个实例是在负载于作为载体的碳上的铂。可以降低燃料电池性能的一个因素是在电极中含有的催化剂载体的氧化(腐蚀)。例如，如果作为载体的碳由于电势影响而被氧化，则负载在碳上的铂粒聚集在一起，或者被烧结，以减少表面面积并且因此降低钼的催化作用，并且碳自身的数量降低从而降低了它的导电性，这因此可以降低燃料电池的性能。日本专利申请公开No.JP-A-2005-294264披露了一种例如通过使 用负载在碳上的铂黑和铂的混合物作为催化剂而减轻这种燃料电池性 能退化的技术。然而，根据以上技术，负载在碳上的铂被置于电极和电解质膜之 间的界面附近，在此处碳趋向于被氧化，并且被氧化的碳可以降低燃 料电池的性能。不仅在负载于碳上的铂被用作催化剂的情形中，而且也在使用其 它载体承载的催化剂的情形中可以发生这种问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种抑制燃料电池性能退化的技术。本专利技术的第一方面涉及一种燃料电池，包括电解质膜、置于电解 质膜的表面处的阴极电极层，和置于电解质膜的面对阴极电极层的表 面的相反侧的表面处的阳极电极层。该燃料电池特征在于阴极电极层和阳极电极层中的至少一个电极层包括置于电解质膜的表面上的第 一催化剂层；和置于第一催化剂层上的第二催化剂层，其中该第一催 化剂层含有未负载于载体上的催化剂，而且不含有负载于载体上的催 化剂，并且第二催化剂层含有负载于载体上的催化剂。根据以上方面，燃料电池的阴极电极层和阳极电极层中的至少一 个电极层包括置于与电解质膜的界面处的第一催化剂层，和置于第一 催化剂层的面对电解质膜的表面的相反侧的表面处的第二催化剂层。 另外，第一催化剂层被构造为含有未负载于载体上的催化剂而且不含 有负载于载体上的催化剂。因此，载体在电极层中的氧化，并且因此 燃料电池性能的退化能够得以抑制。在以上方面中，未负载于载体上的催化剂可以是含有铂的金属。利用该构造，载体在电极层中的氧化能够被抑制，第一层中的质 子传导性能够被提高，并且因此能够期望燃料电池性能的改进。在以上方面中，载体可以含有碳。利用该构造，电极层中的碳的氧化，并且因此燃料电池性能的退 化能够得以抑制。在以上方面中，阴极电极层可以包括第一催化剂层和第二催化剂 层，并且第一催化剂层可以被从阳极电极层省去。利用该构造，在此处载体更加易于被氧化的阴极电极层中的载体 的氧化并且因此燃料电池性能的退化能够被抑制，同时能够使得在此 处载体较不易于被氧化的阳极电极层简单化并且因此能够期望制造效 率的提高。本专利技术的第二方面涉及一种用于制造燃料电池的方法，该燃料电池包括电解质膜、置于电解质膜的表面处的阴极电极层，以及置于电 解质膜的面对阴极电极层的表面的相反侧的表面处的阳极电极层。该用于制造燃料电池的方法特征在于包括在电解质膜的面对阴极电极 层和阳极电极层中的至少一个电极层的表面上形成第一催化剂层，其 中该第一催化剂层含有未负载于载体上的催化剂，而且不含有负载于 载体上的催化剂；和在该第一催化剂层上形成第二催化剂层，其中该 第二催化剂层含有负载于载体上的催化剂。本专利技术能够以各种形式实施。例如，本专利技术能够以如下形式实施 燃料电池和用于制造它的方法、用于燃料电池的电极和用于制造它的 方法、用于燃料电池的催化剂层和用于制造它的方法，以及用于燃料电池的MEA和用于制造它的方法。附图说明参考附图从下面对示例性实施例的说明将清楚本专利技术前面的以及其它的特征和优点，其中相同的数字用于表示相同的元件，并且其中 图1是概略地示出根据本专利技术实例的燃料电池的构造的解释视图2是概略地示出图1的阴极侧催化剂层的截面的解释视图3是示出用于制造根据该实例的MEA的方法的流程图4是示出用于根据该实例的燃料电池中的MEA的性能评价测试结果的解释图表；并且图5是示出用于根据该实例的燃料电池中的MEA的性能评价测试结果的解释图表。具体实施例方式现在将按照下面的次序基于实例对本专利技术的实施例进行说明A. 实例、B.性能评价和C.变型例。A.实例图1是概略地示出根据一个实例的燃料电池10的构造的解释视 图。燃料电池IO是聚合物电解质燃料电池，它尺寸较小并且发电效率 优良。燃料电池IO具有堆叠结构，其中每一个均被夹在隔板200之间 的多个MEA(膜电极组件)IOO被层叠。为了能够易于理解燃料电池10 的构造，图1示出在被层叠到一起之前的MEA100和隔板200。每一个MEA100均具有电解质膜110、置于电解质膜110的一个 表面上的阳极电极120，和置于电解质膜110的另一表面上的阴极电极 130。电解质膜110是由聚合材料例如氟基树脂(例如，Dupont公司制造的NAFION)形成的离子交换膜，并且在湿润条件下具有良好的质子传导性。阳极电极反应在阳极电极120处进行，并且阳极电极120包括邻 近于电解质膜110设置的阳极催化剂层124和邻近于隔板200设置的 阳极侧扩散层126。阴极电极反应在阴极电极130处进行，并且阴极电极130包括邻 近于电解质膜HO设置的阴极催化剂层134和邻近于隔板200设置的 阴极扩散层136。阴极催化剂层134包括置于阴极催化剂层134和电解 质膜IIO之间的界面处的第一阴极催化剂层131，和置于阴极第一催化 剂层131和阴极扩散层136之间的第二阴极催化剂层132。在下面的说明中，阳极电极120和阴极电极130可以一起地被简 单称作"电极"。同样地，阳极催化剂层124和阴极催化剂层134可以 一起地被简单称作"催化剂层"，并且阳极扩散层126和阴极扩散层136 可以一起地被简单称作"扩散层"。图2是概略地示出阴极催化剂层134的截面的解释视图。如以上 所讨论地，阴极催化剂层134包括第一阴极催化剂层131和第二阴极 催化剂层132。第二阴极催化剂层132含有负载于载体上的催化剂。即， 第二阴极催化剂层132是负载于作为载体的碳(C)上的铂(P)，和电解质 树脂(N)的混合层，如图2所示。在第二阴极催化剂层132中形成允许 反应气体以及所产生的水通过的微小气孔。在另一方面，第一阴极催化剂层Bl含有未负载于载体上的催化 剂。艮卩，第一阴极催化剂层131被构成为铂黑(PB)和电解质树脂的混合 层，如图2所示。第一阴极催化剂层131不含有负载于载体上的催化 剂，例如，负载在碳上的铂。铂黑具有质子传导性。在第一阴极催化 剂层131中也形成允许反应气体以及所产生的水通过的微小气孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，包括：电解质膜（１１０）；置于所述电解质膜（１１０）的表面处的阴极电极层（１３０）；和阳极电极层（１２０），所述阳极电极层（１２０）置于所述电解质膜（１１０）的位于与所述阴极电极层（１３０）面对的所述表面的相反侧的表面处，其特征在于：　所述阴极电极层（１３０）和所述阳极电极层（１２０）中的至少一个电极层包括：　第一催化剂层（１３１），所述第一催化剂层置于所述电解质膜（１１０）的表面上；和　第二催化剂层（１３２），所述第二催化剂层置于所述第一催化 剂层（１３１）上，其中：　所述第一催化剂层（１３１）含有未负载于载体上的催化剂，而且不含有负载于载体上的催化剂；并且　所述第二催化剂层（１３２）含有负载于载体上的催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：角谷聪，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]