燃料電池的電極、燃料電池及製備燃料電池的電極的方法
2023-05-23 00:54:51
專利名稱：燃料電池的電極、燃料電池及製備燃料電池的電極的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於燃料電池的電極、燃料電池以及製備用於燃料電池的電極的方法，更具體地，本發明涉及一種用於燃料電池的電極，以及製備該用於燃料電池的電極的方法，所述燃料電池包括適於在高溫、非增溼條件下運行的電極催化劑層。
背景技術：
包含聚合物電解質膜作為電解質的聚合物電解質燃料電池(PEFC)，在相對低的溫度下運行，並且可以使其微型化。由於這些優點，期待PEFC用作電動汽車的電源和家庭分散式能量產生系統。通常，全氟碳磺酸(perfluoro-carbonsulfonic acid)-基聚合物膜，如Nafion(註冊商標)，用作PEFC的聚合物電解質膜。
因為質子導電需要增溼的條件，所以全氟碳磺酸-基聚合物膜需要增溼。另外，為了提高燃料電池系統的效率，需要100℃或更高的工作溫度。然而，在高溫下，電解質膜失去水分並且變幹。變幹的電解質膜起不到固體電解質的作用。
為了克服這些問題，已經開發了一種非增溼電解質膜，其在100℃或更高的溫度、非增溼條件下運行。例如，日本專利公開平11-503262公開了一種非增溼電解質膜，其由摻雜磷酸的聚苯並咪唑等構成。
多數情況下，使用全氟碳磺酸-基聚合物膜的低溫燃料電池包括具有疏水性的電極，該電極是通過與作為防水劑的聚四氟乙烯(PIFE)混合而得到的，從而防止電極中的氣體擴散由於在運行期間，在電極、尤其是陰極上生成的水而受到抑制(參見，如日本專利公開平05-283082)。
在150～200℃的高溫下運行的磷酸-基燃料電池(PAFC)中，使用液體磷酸作為電解質。然而，電極中包含的大量液體磷酸抑制氣體擴散。因此，使用電極催化劑層，該電極催化劑層包含如上所述與PTFE混合的電極催化劑，並防止電極的氣孔被磷酸堵塞(例如參見J，Electroanal.Chem.，183，391(1985))。
當保持磷酸的鹼性聚合物(basic polymer)如聚苯並咪唑(PBI)用於燃料電池的電解質膜中時，磷酸是高溫的非增溼電解質，電極可以用液體磷酸浸漬，以使電極和膜之間的界面是均勻的。然而，這種浸漬沒有效果(例如參見Uchida，Electrochemistry of Japan，70(12)943(2002))。
發明內容
本發明提供一種燃料電池，該燃料電池包括通過用酸浸漬鹼性聚合物而製備的電解質膜，並且在高溫、非增溼條件下運行。所述燃料電池包括催化劑層，該催化劑層能夠防止氣體擴散由於形成水(formation water)而受到抑制，並且防止氣體擴散由於覆蓋有酸的電極催化劑而受到抑制。
本發明還提供一種用於燃料電池的電極和製備該電極的方法。所述電極包括催化劑層，該催化劑層包含含鉑的催化劑、鹼性聚合物和疏水性粘結劑。
本發明還提供一種燃料電池，其在電解質膜未增溼時產生能量，該燃料電池包括所述用於燃料電池的電極。
製備用於燃料電池的電極的方法，包括將含鉑的催化劑分散在溶劑中，製備分散溶液；使該分散溶液與鹼性聚合物溶液和含疏水性粘結劑的溶液混合，然後攪拌所得到的混合物；將所得到的混合物塗布在碳多孔體上。
通過參照附圖詳細描述其示例性實施方案，本發明的上述及其它特徵和優點將變得更加顯而易見，附圖中圖1是根據本發明實施方案的燃料電池的剖視圖；及圖2是根據實施例1、2和3以及對比例1和2的燃料電池的電池電壓相對於電池密度的曲線圖。
具體實施例方式
根據本發明實施方案的燃料電池的電極用於燃料電池中，該燃料電池在電解質膜未增溼時可以產生能量。用於燃料電池的電極包括催化劑層，該催化劑層包含含鉑的催化劑、鹼性聚合物和疏水性粘結劑。
當電解質膜未增溼時，根據本發明實施方案的燃料電池可以在200℃或更低的溫度下運行。在燃料電池中，僅電解質膜用磷酸浸漬，電極並不用磷酸浸漬。在這個結構中，電極可以用相對少量的從電解質膜中漏出的磷酸浸漬。因此，包括在燃料電池中的電極需要具有保持磷酸等的保持性能，及從電極中排出生成的水的保持性能。
在這個結構中，酸性溶液從由鹼性聚合物構成的用於燃料電池的電解質膜中漏出。另外，由於疏水性粘結劑的防水性，在燃料電池中因為能量產生反應而生成的水可以從電極中除去。此外，可以防止反應氣體擴散由於在電極中生成的水而受到抑制。結果，在電極的催化劑表面上形成許多氣相(燃料氣體或氧化劑氣體)、液相(磷酸)和固相(催化劑)間的三相界面，並且提高了燃料電池的性能。
根據本發明實施方案的用於燃料電池的電極是上述的電極。鹼性聚合物可以包括選自聚苯並咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯並噻唑、聚苯並唑、聚二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚(四聯芘)(poly(tetradipyrene))、聚唑、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑及其衍生物中的至少一種化合物。
由於鹼性聚合物包含在電極中，所以可以保持從電解質膜中漏出的磷酸，並且電極未覆蓋有少量磷酸。
疏水性粘結劑可以包括選自聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物和全氟乙烯中的至少一種化合物。
由於疏水性粘結劑由氟化物樹脂構成，因此通過能量產生反應生成的水可以從電極中有效地除去，並且三相界面可以容易形成。
以1重量份的催化劑為基準，鹼性聚合物的量為1～20重量份。以1重量份的催化劑為基準，疏水性粘結劑的量為1～20重量份。以1重量份的催化劑為基準，鹼性聚合物和疏水性粘結劑的總量為21重量份或更少，例如，以1重量份的催化劑為基準，可以為5～20重量份。
雖然製備時未向電極中加入磷酸，但是由於彼此接觸的電解質膜和電極的存在，磷酸從電解質中漏出，並且漏出的磷酸傳遞到電極上。因此，浸漬在電極中的磷酸的量遠少於常規電極中的量。因此，保持從電解質膜中漏出的磷酸所需鹼性聚合物的足夠量，以1重量份的催化劑為基準，為20重量份或更少。
由於如此少量的磷酸浸漬電極，相對於磷酸具有防水性的疏水性粘結劑的量，以1重量份的催化劑為基準，可以減少到20重量份或更少，從而減小電極的電阻並增加燃料電池的能量產生效率。
根據本發明實施方案的燃料電池在電解質膜未增溼時可以產生能量，並且包含上述用於燃料電池的電極。
在這個結構中，在電極的催化劑表面上形成了許多氣相(燃料氣體或氧化劑氣體)、液相(磷酸)和固相(催化劑)間的三相界面。因而，包括這種電極的燃料電池具有優異的能量產生效率。
電解質膜是通過用酸浸漬鹼性聚合物而形成的。鹼性聚合物可以包括選自聚苯並咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯並噻唑、聚苯並唑、聚二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻唑、聚(四聯芘)、聚唑、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑及其衍生物中的至少一種化合物。
在這個結構中，由於電解質膜包含與用於燃料電池的電極相同的鹼性聚合物，所以在電解質膜和電極中磷酸的分散是均勻的，並且能量產生效率可以提高。
在根據本發明實施方案的燃料電池中，酸可以包括選自磷酸、多磷酸、膦酸和硫酸中的至少一種酸。
根據本發明實施方案製備用於燃料電池的電極的方法，包括將含鉑的催化劑分散在溶劑中，製備分散溶液；使該分散溶液與鹼性聚合物溶液和含疏水性粘結劑的溶液混合，然後攪拌所得到的混合物；及將所得到的混合物塗布在碳多孔體上。
分別將鹼性聚合物和疏水性粘結劑溶解在溶劑中，然後加入到分散溶液中，使鹼性聚合物和疏水性粘結劑均勻混合，從而形成電極，在該電極中催化劑、鹼性聚合物和疏水性粘結劑均勻地分散。
(實施方案)以下，將參照附圖描述本發明實施方案。
圖1是根據本發明實施方案的燃料電池1的剖視圖。
參照圖1，燃料電池1包括氧電極2，燃料電極3，介於該氧電極2和燃料電極3之間的質子-導電的固體聚合物電解質膜4(以下簡稱電解質膜4)，在氧電極2外部具有氧化劑流道5a的氧化劑雙極板5，及在燃料電極3外部具有燃料流道6a的燃料雙極板6。該燃料電池在100～200℃溫度範圍內運行。
氧化劑雙極板5和燃料雙極板6由導電金屬等構成，並且分別接觸氧電極2和燃料電極3，充當集電體。氧化劑雙極板5和燃料雙極板6分別給氧電極2和燃料電極3提供氧和燃料。也就是說，經過介於燃料電極3和燃料雙極板6之間的燃料流道6a，給燃料電極3提供作為燃料的氫。經過介於氧電極2和氧化劑雙極板5之間的氧化劑流道5a，給氧電極2提供作為氧化劑的氧。在這種情況下，用作燃料的氫可以通過烴或醇的改性(modification)來獲得，用作氧化劑的氧可以由空氣提供。
氫在燃料電極3中氧化，因而產生質子。所產生的質子經過電解質膜4傳送到氧電極2。在氧電極2中，質子和氧發生電化學反應，因而產生水和電能。
在電解質膜4中，鹼性聚合物用至少一種選自磷酸、多磷酸、膦酸和硫酸中的酸浸漬。例如，鹼性聚合物可以用85％重量的正磷酸水溶液浸漬，該正磷酸水溶液包含85％重量的H3PO4和15％重量的水。在這種情況下，每個鹼性聚合物的官能團，摻雜酸的量可以為200～1000mol％。由於鹼性聚合物用磷酸等浸漬，所以磷酸等的氫離子(質子)解離，因而電解質膜4由於解離的質子而具有離子電導性。
每個氧電極2和燃料電極3均包含通過用鉑浸漬活性碳而製備的電極催化劑(催化劑)、用於模製固相電極催化劑的疏水性粘結劑和鹼性聚合物。催化劑層放置在，例如多孔碳片(碳多孔體)上，氧電極2和燃料電極3均由催化劑層和多孔碳片構成。鹼性聚合物保持從電解質膜4中漏出的磷酸。疏水性粘結劑從電極中排出在氧電極2中通過能量產生反應生成的形成水，因而可以防止氣體擴散由於在電極內部的形成水而受到抑制。因此，包含在氧電極2和燃料電極3中的電極催化劑表面上形成了許多氣相(燃料氣體或氧化劑氣體)、液相(磷酸)和固相(催化劑)間的三相界面，因而提高了燃料電池的性能。
包含在氧電極2、燃料電極3和電解質4中的鹼性聚合物可以包括選自聚苯並咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯並噻唑、聚苯並唑、聚二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚(四聯芘)、聚唑、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑及其衍生物中的至少一種化合物。例如，鹼性聚合物可以是下式1所示的聚苯並咪唑
式中n是100～1000的整數。
鹼性聚合物的重均分子量可以為1000～100000。當鹼性聚合物的重均分子量小於1000時，鹼性聚合物不能緊密地鄰接催化劑。當鹼性聚合物的重均分子量大於100000時，難以將鹼性聚合物溶解在溶劑中，並且鹼性聚合物不能與催化劑混合。
用於氧電極2和燃料電極3中的疏水性粘結劑可以包括選自聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物和全氟乙烯中的至少一種氟化物樹脂。
現在將描述包含在氧電極2和燃料電極3中的催化劑層的組合物。以1重量份的催化劑為基準，催化劑層中的鹼性聚合物的量可以為1～20重量份。當鹼性聚合物的量小於1重量份時，從電解質膜4中漏出的酸不能充分地吸收，當鹼性聚合物的量大於20重量份時，催化劑層的電阻由於鹼性聚合物而增加，該鹼性聚合物是絕緣體，並且燃料電池的性能降低。以1重量份的催化劑為基準，粘結劑的量可以為1～20重量份。當粘結劑的量小於1重量份時，粘結劑不能粘合催化劑粉末，因而催化劑層的機械強度降低，而且包含該催化劑層的電極不能作為電極。當粘結劑的量大於20重量份時，催化劑層的電阻由於粘結劑而增加，該粘結劑是絕緣體，並且電極的疏水性太強。結果，厚度薄的酸不能覆蓋在催化劑的表面上，因而反應面積顯著減少，並且燃料電池的性能降低。
氧電極2和燃料電極3因為包含鹼性聚合物，所以可以保持從電解質膜4中漏出的酸。另外，具有防水性的疏水性粘結劑可以從電極中排出由於燃料電池的能量產生反應而生成的水，並且可以防止電極中反應氣體擴散由於水而受到抑制。因此，在電極的催化劑表面上形成了許多氣相(燃料氣體或氧化劑氣體)、液相(磷酸)和固相(催化劑)之間的三相界面，並且提高了燃料電池的性能。
現在將描述製備用於燃料電池的電極的方法。
該方法包括將含鉑的催化劑分散在溶劑中，製備分散溶液；使該分散溶液、鹼性聚合物溶液和含疏水性粘結劑的溶液混合；及將所得到的混合物塗布在碳多孔體上。
當將含鉑的催化劑分散在溶劑中時，該溶劑可以是水；醇，如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇等；烴(hydrocarbonate)、甲苯、二甲苯等；滷代烴，如氯代甲烷、二氯甲烷等；脂肪酸酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯等；醚，如乙基溶纖劑等；酮，如丙酮、甲乙酮等；或者非質子性極性溶劑，如N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲亞碸、碳酸二甲酯等。如上所述，催化劑可以通過用鉑浸漬活性碳來製備。催化劑是粉末，其平均直徑可以為0.1～1μm。催化劑和溶劑可以按照1∶20～1∶5的混合比進行混合。將催化劑加入到溶劑中，然後充分地攪拌，從而製得包含催化劑的分散溶液。
當分散溶液與鹼性聚合物溶液和包含疏水性粘結劑的溶液混合時，該方法還可以包括製備鹼性聚合物溶液並將該鹼性聚合物溶液與分散溶液混合。當製備鹼性聚合物時，其中溶解鹼性聚合物的溶液可以是水；醇，如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇等；烴、甲苯、二甲苯等；滷代烴，如氯代甲烷、二氯甲烷等；脂肪酸酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯等；醚，如乙基溶纖劑等；酮，如丙酮、甲乙酮等；或者非質子性極性溶劑，如N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲亞碸、碳酸二甲酯等。在這種情況下，其中溶解鹼性聚合物的溶液可以有1～20％重量的濃度。
當混合分散溶液與鹼性聚合物溶液時，分散溶液和鹼性聚合物溶液混合，以使催化劑與鹼性聚合物的重量比為1∶0.01～1∶0.3。
製備包含疏水性粘結劑的溶液，並且使其與分散溶液和鹼性聚合物溶液的混合溶液混合。當製備包含疏水性粘結劑的溶液時，其中溶解疏水性粘結劑的溶液可以是水；醇，如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇等；烴、甲苯、二甲苯等；滷代烴，如氯代甲烷、二氯甲烷等；脂肪酸酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯等；醚，如乙基溶纖劑等；酮，如丙酮、甲乙酮等；或者非質子性極性溶劑，如N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲亞碸、碳酸二甲酯等；或氟化物-基非活性溶劑，如氫化全氟甲醚(hydroperfluoromethyl-ether)等。其中溶解疏水性粘結劑的溶液可以具有1～20％重量的濃度。
當包含疏水性粘結劑的溶液與分散溶液和鹼性聚合物溶液的溶液混合物混合時，分散溶液和鹼性聚合物溶液的溶液混合物與包含疏水性粘結劑的溶液混合，以使催化劑與疏水性粘結劑的重量比為1∶0.1～1∶0.2。如上所述，首先將鹼性聚合物和疏水性粘結劑溶解在溶劑中，然後加入到分散溶液中，並將催化劑分散在所得到的混合物中。
當分散溶液、鹼性聚合物溶液和包含疏水性粘結劑的溶液混合時，可以同時將鹼性聚合物溶液和包含疏水性粘結劑的溶液加入到分散溶液中，或者首先加入鹼性聚合物溶液和包含疏水性粘結劑的溶液中的一種。
接下來，當將混合物塗布在碳多孔體上時，混合物可以採用，例如絲網印刷法塗布在碳多孔體上，然後在真空條件、空氣或惰性氣體氣氛下加熱到60～300℃，蒸發溶劑。結果，包含催化劑、鹼性聚合物和疏水性粘結劑的催化劑層形成在碳多孔體上。
如上所述，將鹼性聚合物和疏水性粘結劑分別溶解在溶劑中，然後加入到分散溶液中。因此，鹼性聚合物和疏水性粘結劑可以均勻地混合，並且可以製得電極，在該電極中催化劑、鹼性聚合物和疏水性粘結劑均勻地分散。
(實施例)將參照以下實施例更詳細地描述本發明。這些實施例只是為了說明目的，而不是旨在限制本發明的範圍。
(實施例1)根據本發明實施方案的電極採用以下方法製備。稱取1.5g含鉑的催化劑同時置於燒杯中，該含鉑的催化劑中，50％鉑以碳為載體(Vulcan XC72)，然後向其中加入3.0g N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，並在室溫下混合1小時，直到獲得催化劑和溶劑的均勻溶液。
然後，通過將KF聚合物(由Kureha製造)溶解在作為溶劑的NMP中，製得10％重量的聚(偏二氟乙烯)溶液，並將該聚(偏二氟乙烯)溶液與包含催化劑的溶液混合。在這種情況下，將聚(偏二氟乙烯)溶液慢慢地滴入包含催化劑的溶液中，直到以1重量份的催化劑為基準，聚(偏二氟乙烯)的量為2.5重量份，將產物混合1小時。
接下來，利用二甲基甲醯胺(dimethylformamid)作為溶劑製得1％重量的聚苯並咪唑溶液。將所製得的1％重量的聚苯並咪唑溶液慢慢地滴入包含催化劑和粘結劑的溶液中，直到以1％重量的催化劑為基準，聚苯並咪唑的量為5％重量，然後混合1天。結果，獲得催化劑漿料。
將該催化劑漿料塗布在具有微碳層(microcarbon layer)的炭紙上，在真空條件和150℃下乾燥產物約1小時，除去溶劑。結果，製得根據實施例1的用於燃料電池的電極。
(實施例2)按照與實施例1相同的方法製備根據實施例2的用於燃料電池的電極，所不同的是，以1重量份的催化劑為基準，聚(偏二氟乙烯)的量是1.25重量份，聚苯並咪唑的量是6.25重量份。
(實施例3)按照與實施例1相同的方法製備根據實施例3的用於燃料電池的電極，所不同的是，以1重量份的催化劑為基準，聚(偏二氟乙烯)的量是3.75重量份，以1重量份包含在催化劑中的鉑為基準，聚苯並咪唑的量是3.75重量份。
(對比例1)按照與實施例1相同的方法製備根據對比例1的用於燃料電池的電極，所不同的是，沒有加入聚苯並咪唑溶液，以1重量份的催化劑為基準，聚(偏二氟乙烯)的量是7.5重量份。
(對比例2)按照與實施例1相同的方法製備根據對比例2的用於燃料電池的電極，所不同的是，沒有加入聚(偏二氟乙烯)溶液，以1重量份的催化劑為基準，聚苯並咪唑的量是7.5重量份。
測量將根據實施例1、2和3以及對比例1和2的各電極與電解質膜組裝在一起，以使電解質膜介於一對電極(燃料電極和氧電極)之間，從而製得燃料電池，所述電解質膜是通過在聚苯並咪唑薄膜上摻雜1000mol％的磷酸(以聚苯並咪唑的鹼性官能團為基準)而製備的。通過分別向燃料電極和氧電極提供氫和空氣，這些燃料電池在150℃下運行，測量它們的特性。在這種情況下，電解質膜是非增溼的。結果示於圖2中。
參照圖2，當電流密度低時，採用根據對比例1的電極的燃料電池顯示出明顯的電壓下降，對比例1的電極中僅使用催化劑和聚(偏二氟乙烯)。這個結果可能是由於從電解質膜中漏出的磷酸塗敷在催化劑上達到很大的厚度，從而減少反應面積。
在低電流密度區和高電流密度區，採用根據對比例2的電極的燃料電池顯示出明顯的電壓下降，對比例2的電極中僅使用催化劑和聚苯並咪唑。這個結果可能是由於未除去的生成水，吸收的水減少了反應面積。
同時，採用根據實施例1、2和3的電極的燃料電池，在低電流密度區和高電流密度區顯示出很小的電壓下降，並且具有良好的性能。在這種情況下，由於粘結劑的疏水性，所以氣體擴散得到保證，並且鹼性聚合物吸收漏出的磷酸，使得催化劑增溼到適當水平。
可以在高溫、非增溼條件下運行，並包括根據本發明用於燃料電池的電極的燃料電池，具有優異的能量產生特性。
儘管已經參照其示例性實施方案，具體地說明和描述了本發明，但是本領域的普通技術人員將會理解其中可以進行各種形式和細節上的變化，而不脫離由所附的權利要求書限定的本發明的構思和範圍。
權利要求
1.一種用於燃料電池的電極，該燃料電池在電解質膜未增溼時產生能量，所述電極包含含鉑的催化劑；鹼性聚合物；及疏水性粘結劑。
2.根據權利要求1的電極，其中所述鹼性聚合物包括選自聚苯並咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯並噻唑、聚苯並唑、聚二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚(四聯芘)、聚唑、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑及其衍生物中的至少一種化合物。
3.根據權利要求1的電極，其中所述疏水性粘結劑包括選自聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物和全氟乙烯中的至少一種化合物。
4.根據權利要求1的電極，其中以1重量份的催化劑為基準，鹼性聚合物的量為1～20重量份，以1重量份的催化劑為基準，疏水性粘結劑的量為1～20重量份，及以1重量份的催化劑為基準，鹼性聚合物和疏水性粘結劑的總量為21重量份或更少。
5.一種燃料電池，該燃料電池在電解質膜未增溼時產生能量，所述燃料電池包括電極，該電極包含含鉑的催化劑；鹼性聚合物；及疏水性粘結劑。
6.根據權利要求5的燃料電池，其中所述鹼性聚合物包括選自聚苯並咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯並噻唑、聚苯並唑、聚二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚(四聯芘)、聚唑、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑及其衍生物中的至少一種化合物。
7.根據權利要求5的燃料電池，其中所述疏水性粘結劑包括選自聚(偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物和全氟乙烯中的至少一種化合物。
8.根據權利要求5的燃料電池，其中以1重量份的催化劑為基準，鹼性聚合物的量為1～20重量份，以1重量份的催化劑為基準，疏水性粘結劑的量為1～20重量份，及以1重量份的催化劑為基準，鹼性聚合物和疏水性粘結劑的總量為21重量份或更少。
9.根據權利要求5的燃料電池，其中所述電解質膜是通過用酸浸漬鹼性聚合物而製備的，其中所述鹼性聚合物包括選自聚苯並咪唑、聚(吡啶)、聚(嘧啶)、聚咪唑、聚苯並噻唑、聚苯並唑、聚二唑、聚喹啉、聚喹喔啉、聚噻二唑、聚(四聯芘)、聚唑、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑及其衍生物中的至少一種化合物。
10.根據權利要求9的燃料電池，其中所述酸包括選自磷酸、多磷酸、膦酸和硫酸中的至少一種酸。
11.一種製備用於燃料電池的電極的方法，該方法包括將含鉑的催化劑分散在溶劑中，製得分散溶液；將該分散溶液與鹼性聚合物溶液和疏水性粘結劑混合，然後攪拌所得到的混合物；及將所得到的混合物塗布在碳多孔體上。
全文摘要
本發明提供一種燃料電池，及一種製備用於燃料電池的電極的方法，所述燃料電池利用電解質膜在高溫、非增溼條件下運行，該電解質膜是通過用酸浸漬鹼性聚合物而製備的。該燃料電池包括催化劑層電極，其能防止氣體擴散由於生成的水而受到抑制，及氣體擴散由於覆蓋有酸的電極催化劑而受到抑制，該酸是從用酸浸漬的電解質膜中漏出的。本發明還提供一種用於燃料電池的電極，該燃料電池在電解質膜未增溼時產生能量。所述電極包括催化劑層，該催化劑層包含含鉑的催化劑、鹼性聚合物和疏水性粘結劑。
文檔編號H01M8/02GK101022162SQ20061007392
公開日2007年8月22日 申請日期2006年2月15日 優先權日2006年2月15日
發明者宗內篤夫, 矢野正也, 田端克行, 中藤邦弘 申請人:三星Sdi株式會社, 三星電子株式會社, 三洋電機株式會社