催化剂层、膜电极接合体和燃料电池制造技术

本发明专利技术的目的在于，提供使用作为铂催化剂的代替材料有用的、具有较高的氧还原能力的电极催化剂而成的催化剂层和该催化剂层的用途。本发明专利技术的催化剂层，含有电极基材和在电极基材表面上形成的、由金属盐或金属配合物水解得到的金属化合物形成的电极催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及催化剂层、膜电极接合体和燃料电池。
技术介绍
现在，在燃料电池的阴极(空气极)表面、阳极(燃料极)表面上设置有含有电极用催化剂(下文中也称作"电极催化剂")的层(下文中也称作"催化剂层")。 作为该电极催化剂，一直使用在高电势下稳定且催化能力高的铂催化剂。但铂价格高，并且资源有限，所以在努力开发可代替铂的催化剂。 作为代替铂催化剂的在阴极中使用的电极催化剂，近年来金属氧化物电极催化剂受到关注。金属氧化物一般在酸性电解质中、在高电势下不被腐蚀，稳定存在。另外，通过使用金属氧化物在电极表面形成电极催化剂的层，可以使电极本身稳定存在。 例如在专利文献1 (特开2004-95263号公报)中，作为使用金属氧化物的电极催化剂提出了 W03、Ti02、Zr02、PtO、Sb204或Sb203的燃料电池用催化剂。但该燃料电池用催化剂要与铂一起使用，尚存在改善的余地。 另外，在专利文献2 (特开2005-63677号公报)中，提出了使用氧化钌、氧化钛、氧化钒、氧化锰、氧化钴、氧化镍或氧化钨作为电极催化剂的燃料电池。但使用这些金属氧化物的电极催化剂存在氧还原能力低的问题。 专利文献1 :特开2004-95263号公报 专利文献2 :特开2005-63677号公报
技术实现思路
本专利技术的课题是解决上述现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供含有具有较高的氧还原能力的电极催化剂的催化剂层、含有该层的膜电极接合体、和燃料电池。 本专利技术人为了解决上述现有技术的问题进行了深入研究，结果发现由特定的制造方法得到的金属化合物形成的电极催化剂具有较高的氧还原能力，可以在催化剂层中理想应用，从而完成本专利技术。 本专利技术涉及例如下面的(1) (14)。(1) —种催化剂层，含有电极催化剂，所述电极催化剂由金属盐 或金属配合物水解得到的金属化合物形成。(2)根据(1)所述的催化剂层，其特征在于，构成所述电极催化剂的 金属元素是选自铌、钛、钽和锆中的一种金属元素。 (3)根据(1)所述的催化剂层，其特征在于，构成所述电极催化剂的金属元素是铌或钛。 (4)根据(1) (3)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极催化剂是粉末。(5)根据(1) (4)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述金属盐是选自金属醇盐、金属羧酸盐和金属卤化物中的一种金属盐。 (6)根据(1) (5)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极催化剂的BET比表面积在1 1000m7g的范围。 (7)根据(1) (6)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极催化剂的电离势在4. 9 5. 5eV的范围。 (8)根据(1) (7)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极催化剂是通过使所述金属化合物粉碎得到的。 (9)根据(1) (8)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，所述电极催化剂是通过对所述金属化合物进行热处理得到的。 (10)根据(9)所述的催化剂层，其特征在于，所述热处理中热处理温度为400 1200°C。 (11)根据(1) (10)的任一项所述的催化剂层，其特征在于，还含有电子传导性粒子。(12) —种膜电极接合体，具有阴极、阳极、和配置在所述阴极和所述阳极之间的电解质膜，其特征在于，所述阴极具有(1) (11)的任一项所述的催化剂层。(13) —种燃料电池，其特征在于，具有(12)所述的膜电极接合体。(14)根据(13)所述的燃料电池，其特征在于，是固体高分子型燃料电池。 本专利技术的催化剂层含有特定的电极催化剂，该电极催化剂具有较高的氧还原能力，在酸性电解质中即使在高电势条件下也不易腐蚀，稳定存在。附图说明 图1是评价实施例1的燃料电池用电极(1)的氧还原能力的图。 图2是实施例1的电极催化剂(1)的XRD谱图。 图3是评价实施例2的燃料电池用电极(2)的氧还原能力的图。 图4是评价实施例3的燃料电池用电极(3)的氧还原能力的图。 图5是实施例3的电极催化剂(3)的XRD谱图。 图6是评价实施例4的燃料电池用电极(4)的氧还原能力的图。 图7是实施例4的电极催化剂(4)的XRD谱图。 图8是评价实施例5的燃料电池用电极(5)的氧还原能力的图。 图9是实施例5的电极催化剂(5)的XRD谱图。 图10是评价实施例6的燃料电池用电极(6)的氧还原能力的图。 图11是实施例6的电极催化剂(6)的XRD谱图。 图12是评价实施例7的燃料电池用电极(7)的氧还原能力的图。 图13是实施例7的电极催化剂(7)的XRD谱图。 图14是评价实施例8的燃料电池用电极(8)的氧还原能力的图。 图15是实施例8的电极催化剂(8)的XRD谱图。 图16是评价实施例9的燃料电池用电极(9)的氧还原能力的图。 图17是实施例9的电极催化剂(9)的XRD谱图。 图18是评价比较例1的燃料电池用电极的氧还原能力的图。4 图19是比较例1的电极催化剂的XRD谱图。 图20是评价比较例2的燃料电池用电极的氧还原能力的图。 图21是比较例2的电极催化剂的XRD谱图。 图22是评价比较例3的燃料电池用电极的氧还原能力的图。 图23是比较例3的电极催化剂的XRD谱图。 图24是评价比较例4的燃料电池用电极的氧还原能力的图。 图25是比较例4的电极催化剂的XRD谱图。 图26是评价比较例5的燃料电池用电极的氧还原能力的图。 图27是比较例5的电极催化剂的XRD谱图。 图28是评价比较例6的燃料电池用电极的氧还原能力的图。 图29是比较例6的电极催化剂的XRD谱图。 图30是评价比较例7的燃料电池用电极的氧还原能力的图。 图31是比较例7的电极催化剂的XRD谱图。 图32是测定实施例1的电极催化剂(1)的电极催化剂的电离势所得的图。具体实施例方式 本专利技术的催化剂层，其特征在于，含有电极催化剂，所述电极催化剂由金属盐或金属配合物水解得到的金属化合物形成。 作为构成电极催化剂的金属元素优选容易发挥催化能力的过渡金属。更优选过渡金属中的在酸性溶液中电化学稳定的、元素周期表第IVa族、Va族的过渡金属元素，进而优选选自铌、钛、钽、锆中的一种过渡金属元素。从容易获得原料的观点出发，特别优选铌或钛。 作为本专利技术使用的金属盐或金属配合物，可以列举出例如金属醇盐、金属羧酸盐、金属卤化物和金属乙酰丙酮配合物。特别是在使用选自金属醇盐、金属羧酸盐、和金属卤化物中的至少一种金属盐时，价格便宜且容易水解，所以优选。 作为金属醇盐优选乙醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐、异丁醇盐等低级醇盐。作为金属羧酸盐，优选乙酸盐、丙酸盐等低级脂肪酸盐。另外作为金属卤化物优选氯化物。 由上述金属盐或金属配合物水解得到的金属化合物通常是粒子表面具有羟基的金属氧化物，也可以残留有源自原料的烷氧基、羧酸基等。 水解法是通常容易使水进入粒子内部的方法，表面容易出现缺陷。由上述金属盐或金属配合物水解得到的金属化合物，由于具有在表面形成的(氧)缺陷，所以本专利技术人等推定由金属化合物形成的电极催化剂具有较高的氧还原能力。(金属化合物) 作为本专利技术使用的金属化合物，是金属盐或金属配合物水解得到的金属化合物。 作为金属盐、金属配合物，可以使用前述的金属盐、金属配合物。 作为使上述金属盐或金属配合物水解的方法，没有特殊限定，可以使用通常进行的金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂层，含有电极催化剂，所述电极催化剂由金属盐或金属配合物水解得到的金属化合物形成。

【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：黑住忠利，狮々仓利一，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]