本發(fā)明提供一種能夠在低負(fù)荷時(shí)和高負(fù)荷時(shí)發(fā)揮高活性的燃料電池用催化劑。所述燃料電池用催化劑包含具有細(xì)孔的碳載體和擔(dān)載于上述碳載體的催化劑金屬，上述碳載體的中孔的眾數(shù)直徑為2.5nm～5.0nm，BET比表面積為700m²/g～1300m²/g，粒徑的中值粒徑為0.10μm～0.50μm，以及碳的(002)面的微晶尺寸為5.0nm～12.0nm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池用催化劑。

背景技術(shù)

燃料電池通過將燃料氣體(氫氣)和氧化劑氣體(氧氣)供給到電連接的2個(gè)電極而使其以電化學(xué)方式發(fā)生燃料的氧化，從而將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。該燃料電池通常層疊多個(gè)以由一對(duì)電極夾持電解質(zhì)膜的膜電極接合體為基本結(jié)構(gòu)的單電池而構(gòu)成。其中，由于使用固體高分子電解質(zhì)膜作為電解質(zhì)膜的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池具有容易小型化、可在較低溫度下工作等優(yōu)點(diǎn)，因此作為便攜用、移動(dòng)物體用電源而備受關(guān)注。

在固體高分子電解質(zhì)型燃料電池中，在被供給氫的陽極(燃料極)進(jìn)行下述式(1)的反應(yīng)。

H₂→2H⁺+2e^－···(1)

上述式(1)中產(chǎn)生的電子(e^－)經(jīng)由外部電路，在外部的負(fù)荷下做功后到達(dá)陰極(氧化劑極)。另一方面，上述式(1)中產(chǎn)生的質(zhì)子(H⁺)為與水進(jìn)行水合的狀態(tài)，通過電滲透而在固體高分子電解質(zhì)膜內(nèi)從陽極側(cè)移動(dòng)到陰極側(cè)。

另一方面，在陰極進(jìn)行下述式(2)的反應(yīng)。

2H⁺+1/2O₂+2e^－→H₂O···(2)

因此，在電池整體中進(jìn)行下述式(3)所示的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)而對(duì)外部負(fù)荷做電功。

H₂+1/2O₂→H₂O···(3)

陽極和陰極的各電極一般具有從電解質(zhì)膜側(cè)依次層疊有催化劑層、氣體擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)。催化劑層通常含有用于促進(jìn)上述電極反應(yīng)的鉑或鉑合金等電極催化劑、以及用于確保質(zhì)子傳導(dǎo)性的離聚物。

這里，作為電極催化劑，一般使用使催化劑金屬擔(dān)載于碳載體等導(dǎo)電性載體的電極催化劑，為了提高作為燃料電池的性能，研究了作為載體的各種材料。

例如，專利文獻(xiàn)1中公開了一種使用催化劑擔(dān)載前的中孔的眾數(shù)半徑為1～10nm的載體的燃料電池用催化劑。專利文獻(xiàn)2中公開了一種多孔碳，通過將碳前體和氧化鎂混合，在氮?dú)夥障乱?000℃加熱處理1小時(shí)，利用硫酸使氧化鎂溶出，從而使多孔碳的微孔的孔徑為10nm。引用文獻(xiàn)3中公開了一種催化劑的制造方法，將碳載體以1700℃以上且小于2300℃進(jìn)行熱處理后，使催化劑粒子擔(dān)載于上述載體的內(nèi)部。引用文獻(xiàn)4中公開了一種催化劑載體，其含有碳內(nèi)包鈦化合物的鈦化合物碳復(fù)合粒子，具有碳粒子相連而得的鏈狀結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特許第5998277號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2015－057373號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特許第6063039號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：國(guó)際公開第2016/104587號(hào)

發(fā)明內(nèi)容

然而，在使用以往的碳載體作為電極催化劑的載體的燃料電池中，關(guān)于兼具低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)和高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的催化性能，仍存在改善的余地。