專利名稱：用于電極保護的具有氧析出反應(yīng)催化劑的離子層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在至少一個方面中，本發(fā)明涉及用于燃料電池應(yīng)用的電極的穩(wěn)定。
背景技術(shù)：
燃料電池在很多應(yīng)用中用作電能源。特別地，燃料電池計劃用于汽車中以替代內(nèi)燃機。通常所用的燃料電池設(shè)計使用固體聚合物電解質(zhì)("SPE")膜或質(zhì)子交換膜("PEM")，以在陽極和陰極之間提供離子傳送。 在PEM型燃料電池中，將氫氣作為燃料供給到陽極，將氧氣作為氧化劑供給到陰極。該氧氣能夠是純凈形式(02)或空氣(02和^的混合物)。PEM燃料電池典型地具有膜電極組件("MEA")，其中離子傳導(dǎo)固體聚合物膜在一面上具有陽極催化劑，在另一面上具有陰極催化劑。各電極具有負(fù)載在碳顆粒上的細(xì)碎的催化劑顆粒(例如鉑顆粒)，用于促進陽極處的氫氧化和陰極處的氧還原。從氫中剝落的電子為電動機供電，并然后運動通過電路到達陰極側(cè)。質(zhì)子從陽極流動通過離子傳導(dǎo)聚合物膜到達陰極，在陰極處其和氧氣結(jié)合生成水，從電池中排出。該MEA夾在一對多孔氣體擴散層("GDL")之間，其進而夾在一對非多孔的導(dǎo)電元件或板之間。典型PEM燃料電池的陽極和陰極氣體擴散層是由多孔導(dǎo)電材料形成的，例如織造石墨、石墨化的片材或碳紙，以使該燃料或空氣能夠分散在該電極的表面上。該板用作陽極和陰極的電流收集器，且包含在其中形成的適當(dāng)?shù)耐ǖ篮烷_口 ，用于將該燃料電池的氣態(tài)反應(yīng)物分別分布在陽極和陰極催化劑的表面上。為了有效發(fā)電，PEM燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜應(yīng)當(dāng)是薄的、化學(xué)穩(wěn)定的、質(zhì)子傳輸?shù)摹⒎请妼?dǎo)的和氣體不可滲透的。在典型的應(yīng)用中，燃料電池以很多單個燃料電池的陣列提供，稱作堆，以提供高水平的電能。 盡管這些現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池構(gòu)造都工作非常好，但在整體或局部燃料不足過程中以及在開動/停止條件過程中，在這些裝置中產(chǎn)生了顯著的問題。特別地，電極碳載體的氧化導(dǎo)致對電極結(jié)構(gòu)的損害、降低燃料電池性能和降低燃料電池的使用壽命。
因此，需要具有抗氧化的電極的燃料電池裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在至少一種實施方案中提供了具有改進的穩(wěn)定性的燃料電池而解決了現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題。本實施方案的燃料電池包括第一電極和第二電極，在所述電極和聚合物膜之間設(shè)置有離子傳導(dǎo)聚合物層。該燃料電池進一步包括位于該第一電極和該聚合物電解質(zhì)膜之間的第一包含氧析出反應(yīng)("0ER")催化劑的層。該第一含0ER催化劑的層包括含OER催化劑的化合物、離子傳導(dǎo)聚合物和碳。作為特征，離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約10 約100。 在本發(fā)明的另一實施方案中，提供了用于形成上述燃料電池的方法。本實施方案的方法包括用含OER催化劑的層與基體接觸。在一些情況下，該基體是聚合物電解質(zhì)膜。在其它情況中，該基體是第一電極。在每一情況中，然后將該含OER催化劑的層/基體進
3一步組裝到膜電極組件中，然后可以將其加入到燃料電池中。本發(fā)明進一步體現(xiàn)在如下方 面1.燃料電池，包括第一電極，第二電極，位于該第一和第二電極之間的離子傳導(dǎo)聚合 物膜；位于該第一電極和該聚合物電解質(zhì)膜之間的第一含氧析出反應(yīng)(0ER)催化劑的離子 層，該第一含OER催化劑的層包括OER催化劑、離子傳導(dǎo)聚合物和碳，其中離子傳導(dǎo)聚合物 與碳的重量比為約10 約100。 2.方面1的燃料電池，進一步包括位于該離子傳導(dǎo)聚合物 膜和該第二電極之間的第二含OER催化劑的層。3.方面l的燃料電池，其中該OER催化劑 包括含銥化合物。4.方面1的燃料電池，其中該0ER催化劑包括選自由以下構(gòu)成的組的組 分氧化釕、氧化釕-氧化鈦、氧化銦及其組合。5.方面l的燃料電池，其中該OER催化劑 包括由下式所描述的含銥化合物Ir,Oy，其中x為約0. 8 約1. 2，和y為約1. 8 約2. 4。 6.方面5的燃料電池，其中該含銥化合物是由式IrxOy所描述的，其中x為約1. O，且其中y 為約2. 0。 7.方面1的燃料電池，其中OER催化劑加載量在約0. 0005mg/cm2 約0. 005mg/ cm2范圍。8.方面1的燃料電池，其中離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約55。9.方面1的燃 料電池，其中該離子傳導(dǎo)聚合物選自由以下構(gòu)成的組Nafion離聚物、磺化聚三氟苯乙烯、 磺化烴聚合物、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯硫醚、聚苯 醚、聚磷腈、聚萘二甲酸乙二酯、聚酰胺和聚酯。10.方面l的燃料電池，其中該第一電極是 陽極，第二電極是陰極。11.方面l的燃料電池，其中該第一電極是陰極，第二電極是陽極。 12.方面1的燃料電池，其中該離子傳導(dǎo)聚合物膜包括選自由以下構(gòu)成的組的組分Naf ion 離聚物、磺化聚三氟苯乙烯、磺化烴聚合物、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑、聚砜、聚醚 砜、聚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚、聚磷腈、聚萘二甲酸乙二酯、聚酰胺和聚酯。13.方面l的燃 料電池，其中該第一電極包括第一催化劑，第二電極包括第二催化劑。14.方面13的燃料 電池，其中該第一催化劑選自由以下構(gòu)成的組貴金屬、貴金屬的合金和貴金屬的混合物。 15.方面13的燃料電池，其中該第一催化劑選自由以下構(gòu)成的組鉬、釕、含鉑化合物、含釕
化合物及其混合物。16.方面13的燃料電池，其中該第二催化劑選自由以下構(gòu)成的組貴金
屬、貴金屬的合金和貴金屬的混合物。17.方面13的燃料電池，其中該第二催化劑選自由以
下構(gòu)成的組鉬、釕、含鉑化合物、含釕化合物及其混合物。18.膜電極組件的形成方法，該 膜電極組件包括第一電極，第二電極，位于該第一和第二電極之間的離子傳導(dǎo)聚合物膜； 位于該第一電極和該聚合物電解質(zhì)膜之間的第一含OER催化劑的層，該第一含OER催化劑 的層包括OER催化劑、離子傳導(dǎo)聚合物和碳，其中離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約10 約100，該方法包括a)將所述第一含OER催化劑的層與基體接觸，以形成含OER催化劑的 層/基體雙層；和b)將該含OER催化劑的層/基體雙層結(jié)合到該膜電極組件中。19.方面 18的方法，其中該基體是所述第一電極。20.方面18的方法，其中該基體是所述離子傳導(dǎo) 聚合物層。21.方面20的方法，其中將該離子傳導(dǎo)聚合物與該第二電極接觸。22.方面20 的方法，其中將該含OER催化劑的層/基體與該第一電極接觸。 從下文提供的詳述中，本發(fā)明的其他示例性實施方案將變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識 到該詳述和特別實施例盡管公開了本發(fā)明的示例性實施方案，但僅意于用于解釋的目的， 并不意于限制本發(fā)明的范圍。


從詳述和附圖中，本發(fā)明的示例性實施方案將變得更充分理解，其中
圖1提供了結(jié)合有本發(fā)明的實施方案的含OER催化劑的層的燃料電池的示意圖。 圖2提供了包括單一含0ER催化劑層的膜電極組件的示意圖； 圖3提供了包括兩個含OER催化劑層的膜電極組件的示意圖； 圖4是描述膜電極組件制造方法的變型的流程圖； 圖5是描述膜電極組件制造方法的變型的流程圖； 圖6是用于由中間結(jié)構(gòu)形成MEA的可替代途徑的流程圖； 圖7A提供了在其中將0ER催化劑結(jié)合到陽極中的燃料電池中在120X相對濕度下 輸出電壓作為電流密度的函數(shù)的曲線圖； 圖7B提供了在其中將OER催化劑結(jié)合到陽極中的燃料電池中在32%相對濕度下 輸出電壓作為電流密度的函數(shù)的曲線圖；禾口 圖8提供了經(jīng)受加速腐蝕測試的兩種不同燃料電池構(gòu)造的電池電壓作為時間的 函數(shù)的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參照本發(fā)明目前的優(yōu)選組合物、實施方案和方法，其構(gòu)成了發(fā)明人目前 已知的實施本發(fā)明的最佳方式。該圖并不必然按比例繪制。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到所公開的實 施方案僅是本發(fā)明的實例，本發(fā)明可以具體體現(xiàn)為多種和可替代的形式。因此，此處公開的 特別細(xì)節(jié)并不解釋為限定性的，而僅是作為用于本發(fā)明的任何方面的代表性基礎(chǔ)和/或作 為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。 除在實施例中或另外特別指出，本說明書中表示材料或反應(yīng)條件和/或應(yīng)用的量 的所有數(shù)量都應(yīng)當(dāng)理解為在描述本發(fā)明的最寬范圍中由詞語"約"修正。在所指出的數(shù)值 限內(nèi)的實踐通常是優(yōu)選的。而且，除非相反特別指出，百分比、"份數(shù)"和比值都是以重量計 的；對適合或優(yōu)選用于本發(fā)明給定目的的材料組或類的描述，隱含著該組或類的任意兩個 或更多個成員的混合物是同樣適合或優(yōu)選的；對化學(xué)術(shù)語中成分的描述，是指在添加到說 明書中指定的任何組合中時的組分，并不必定排除一旦混合之后混合物的成分之間的化學(xué) 相互作用；首字母縮略詞或其他縮略詞的首次定義應(yīng)用于相同的縮略詞在此處后面的所有 應(yīng)用，且將必要修正應(yīng)用于初次定義的縮略詞的標(biāo)準(zhǔn)語法變形；以及除非相反特別指出，對 性質(zhì)的測定是由與對于相同性質(zhì)在之前或之后提及的相同技術(shù)確定的。 也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明并不限定于下面描述的特別實施方案和方法，因為特定的 組分和/或條件當(dāng)然可以改變。而且，此處所用的術(shù)語僅用于描述本發(fā)明的特別實施方案， 絕不用于對其限制。 也必須注意到除非上下文明確另外指出，如本說明書和后附權(quán)利要求書中所用的 單數(shù)形式"a(某)"、"an(某個)"和"the(該，所述)"包括復(fù)數(shù)個指示物。例如，對單數(shù)形 式的組分的提及意于包括多個組分。 在整個本申請中，在參考公開文獻的位置，將這些公開文獻的內(nèi)容通過引用由此 整體結(jié)合到本申請中以更完整地描述本發(fā)明所相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。 參照圖l，提供了包括本發(fā)明的雙極板的燃料電池的透視圖。PEM燃料電池10包 括雙極板12、14。在雙極板12內(nèi)，陽極流場18包括一個或多個用于將第一氣體引入該燃料 電池10的通道20。類似地，雙極板14包括陰極氣體流場22，其包括一個或多個用于將第二氣體引入燃料電池10的通道24。典型地，該第一氣體包括燃料，例如氫氣，而第二氣體 包括氧化劑，例如氧氣。陽極擴散層30位于陽極流場18和陽極層(即電極)32之間，而陰 極擴散層34位于陰極流場22和陰極層(即電極)36之間。離子傳導(dǎo)膜40插入陽極32和 陰極36之間。特別地，離子傳導(dǎo)膜40是質(zhì)子傳導(dǎo)層。PEM燃料電池10還包括含OER催化 劑的層。在一種改進中，PEM燃料電池10包括含0ER催化劑的層50，其位于陽極32和離子 傳導(dǎo)膜40之間。在另一種改進中，PEM燃料電池10包括含OER催化劑的層52，其位于陰極 36和離子傳導(dǎo)膜40之間。在另一變體中，PEM燃料電池10包括位于陽極32和離子傳導(dǎo)膜 40之間的含OER催化劑的層50和位于陰極36和離子傳導(dǎo)膜40之間的含OER催化劑的層 52兩者。 參照圖2，提供了結(jié)合有含0ER催化劑的膜的膜電極組件的變型。MEA 60包括離 子傳導(dǎo)膜62，其插入在第一電極64和第二電極66之間。第一電極64層包括第一催化劑， 而第二電極66包括第二催化劑。在改進中，該第一催化劑和第二催化劑各自獨立地選自由 以下構(gòu)成的組貴金屬、貴金屬合金和貴金屬混合物。在另一改進中，該第一催化劑和第二 催化劑各自獨立地選自由以下構(gòu)成的組鉬、釕、含鉑化合物、含釕化合物及其混合物。
仍參照圖2，含OER催化劑的離子層68插入在第一電極層64和膜62之間。在某 改進中，第一電極64是陽極，第二電極66是陰極。在另一改進中，第一電極64是陰極，第 二電極66是陽極。 參照圖3，提供了結(jié)合有含0ER催化劑的離子層的膜電極組件。MEA 70包括插入 在第一電極64和第二電極66之間的離子傳導(dǎo)/膜62。第一電極64層包括第一催化劑，而 第二電極66包括第二催化劑。該第一和第二催化劑的細(xì)節(jié)在關(guān)于圖2的說明中提出。含 OER催化劑的離子層68插入在第一電極層64和膜62之間。含OER催化劑的離子層72插 入在第二電極層66和膜62之間。在某改進中，第一電極64是陽極，第二電極66是陰極。 在另一改進中，第一電極64是陰極，第二電極66是陽極。 如上所述，該燃料電池和膜電極組件包括離子傳導(dǎo)膜。在一種改進中，這些離子傳 導(dǎo)層包括離子傳導(dǎo)聚合物。離子傳導(dǎo)聚合物的適合實例包括但不局限于Nafion離聚物、 磺化聚三氟苯乙烯、磺化烴聚合物、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑、聚砜、聚醚砜、聚醚 酮、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)、聚苯醚(polyphenyleneoxide)、聚磷腈、聚萘二甲 酸乙二酯、聚酰胺和聚酯。在另一改進中，該離子傳導(dǎo)層是離子傳導(dǎo)膜。
上述含OER催化劑的離子層每個包括含OER催化劑的化合物、離子傳導(dǎo)聚合物和 碳。此處所用的含OER催化劑的化合物包括任何本身包含OER金屬的含OER催化劑的化合 物。在改進中，該含OER催化劑的化合物包括典型地負(fù)載在碳上的金屬氧化物。在另一種 改進中，該OER催化劑包括選自由以下構(gòu)成的組的組分氧化釕、氧化釕_氧化鈦、氧化銦及 其組合。該結(jié)構(gòu)可以由下式RuOz， RuOz-Ti02描述，其中z是1. 5 2. 5的數(shù)。在另一種改 進中，該OER催化劑包括含銥化合物，特別地是含氧化銥的化合物?？捎玫暮灮衔锏膶?例由下式提供IrxOy，其中x為約0. 8 約1. 2，和y為約1. 8 約2. 4。
在本實施方案的變型中，該含OER催化劑的離子層的特征為離子傳導(dǎo)聚合物與碳 的重量比。在一種改進中，離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約10 約100。在另一改進中， 離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約20 約70。在另一種改進中，離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重 量比為約40 約60。在另一種改進中，離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約55。用于包括在該含OER催化劑的離子層中的離子傳導(dǎo)聚合物的適合實例包括但不局限于Nafion離聚 物、磺化聚三氟苯乙烯、磺化烴聚合物、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑、聚砜、聚醚砜、 聚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚、聚磷腈、聚萘二甲酸乙二酯、聚酰胺和聚酯。在另一改進中，該離 子傳導(dǎo)層是離子傳導(dǎo)膜。 在另一變型中，0ER金屬(無論是游離的還是化合物)在該含0ER催化劑的離子 層中的量為約0. 0001mg/cm2 約0. 01mg/cm2。在改進中，OER金屬(無論是游離的還是化 合物)在該含OER催化劑的離子層中的量為約0. 0005mg/cm2 約0. 005mg/cm2。在另一改 進中，該含OER催化劑的離子層具有約0. lmg/cm2 約0. 2mg/cm2的聚合物加載量；過渡金 屬力口載量為0. 0005mg/cm2 0. 005mg/cm2。 在本實施方案的另一變型中，該含OER催化劑的離子層的特征為0. 05mg/cm2 0. 4mg/cm2的聚合物加載量。在改進中，該聚合物加載量為0. lmg/cm2 0. 2mg/cm2。在另 一改進中，該聚合物加載量為0. 14mg/cm2 0. 18mg/cm2。 在另一變型中，該含OER催化劑的離子層具有約0. 1 X 10—6m 約2. OX 10—6m的厚 度。在改進中，該含OER催化劑的層具有約O. 7X10—6111 約1.2X10—6111的厚度。
在本實施方案的另一改進中，該含OER催化劑的層是基本不含含其他貴金屬的化 合物(包括元素貴金屬)的含銥離子層。在改進中，不同于銥的貴金屬化合物的量小于約 0. 00005mg/cm2。在另一改進中，不同于銥的貴金屬化合物的量小于約0. 00001mg/cm2。
參照圖4，提供了顯示圖2和3中所示的膜電極組件的制備的圖示流程圖。在步驟 a)中將含0ER催化劑的離子層68與離子傳導(dǎo)膜62接觸。在一種改進中，將含OER催化劑 的離子層68涂覆在離子傳導(dǎo)膜62上。在另一改進中，含0ER催化劑的離子層68是設(shè)置到 離子傳導(dǎo)膜62上的預(yù)成型層(preformed layer)。在步驟b)中，將第一電極64與含OER 催化劑的層68接觸以形成中間結(jié)構(gòu)74。在步驟c)中，將第二電極66與離子傳導(dǎo)層62接 觸，以完成圖2中所示的MEA 60。在變型中，隨后是步驟c')而不是步驟c)。在步驟c') 中，將含0ER催化劑的層72與離子傳導(dǎo)層62接觸。最后，在步驟d)中，將第二電極66與 含0ER催化劑的層72接觸，以完成圖3中所示的MEA 60。 參照圖5，提供了顯示圖2和3中所示的膜電極組件的制備的圖示流程圖。在步驟 a)中將含0ER催化劑的層68與第一電極64接觸。在一種改進中，將含0ER催化劑的層68 涂覆在第一電極64上。在另一改進中，含0ER催化劑的層68是設(shè)置到第一電極64上的預(yù) 成型層。在步驟b)中，將離子傳導(dǎo)層62與含0ER催化劑的層68接觸以形成中間結(jié)構(gòu)74。 在步驟c)中，將第二電極66與離子傳導(dǎo)層62接觸，以完成圖2中所示的MEA 60。在變型 中，隨后是步驟c')而不是步驟c)。在步驟c')中，將含0ER催化劑的層72與離子傳導(dǎo)層 62接觸。最后，在步驟d)中，將第二電極66與含0ER催化劑的層72接觸，以完成圖3中所 述的MEA 60。 參照圖6，提供了用于由中間結(jié)構(gòu)74形成MEA 70的可替代路線。該路線可以用 作圖4和5的最后步驟的替代方式。在步驟e)中，將含0ER催化劑的層72與第二電極66 接觸。然后將含0ER催化劑的層72和第二電極66的組合與中間結(jié)構(gòu)74接觸，以形成MEA 70。 以下實施例舉例說明了本發(fā)明的多種實施方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到在本 發(fā)明的精神和權(quán)利要求的范圍內(nèi)的很多變型。
7實施例 制備一系列催化劑和電池樣品，以評價其性能和比較其改進電池耐腐蝕性的能 力。用于該電池的MEA使用常規(guī)陰極，其具有負(fù)載在Vulcan級爐黑上的鉑催化劑，50wt % 鉑施加到多孔碳基體上，和常規(guī)全氟化固體聚合物膜(PFSA， DuPont)。含銥層的制備
將約20. 7g聚合物分散體(28wt^聚合物)和O. 14g負(fù)載在GrHSC上的氧化銥(銥 25wt%)與68. 2g乙醇、27g水和30mL 5mm直徑的珠子相混合。將該混合物在輥筒上搖動 約24小時。該聚合物和銥的目標(biāo)加載量分別為0. 16mg/cm2和0. 001mg/cm2。在該代表性實 施例中的聚合物/碳重量比為55。通過使用沖模涂覆程序(slot-die coatingprocedure) 將該聚合物電解質(zhì)和氧化銥的混合物施加到電極上。含干氧化銥的離子層的厚度的代表值 為0. 9X 10—6m。通過掃描電子顯微鏡測定該厚度。 圖7A和7B提供了燃料電池性能的曲線圖，其中將燃料電池電壓繪制為電流密度 的函數(shù)。對于各圖，研究了兩種不同的燃料電池構(gòu)造。在一個電池中，將氧化銥埋置在第一 含催化劑鉑電極中，表示為"在電極中的IrOx"。在另一個電池中，將氧化銥催化劑埋置在 該陽極側(cè)上的含氧化銥離子層，稱作"在罩涂層(overcoat)中的Ir0x"。在兩種情況中，無 論含銥化合物的位置(電極或罩涂層)如何，銥量相對于鉑量而言為2%。圖7A的測試進 一步用相對濕度(RH)表征，其對于陽極為120%，對于陰極為120%。圖7B的測試用相對 濕度進一步表征，其對于陽極為32%，對于陰極為32%。對于圖7A和7B，在8(TC和150kPa abs進行測試。在該測試中所用的MEA也用0. 4mg Pt/cm2的陰極加載量和0. 05mg Pt/cm2 的陽極加載量表征。兩種類型的電池在干和濕操作條件下都顯示非常相似的令人滿意的整 體性能。在所有電流密度上沒有觀察到電壓差別。 圖8顯示了用于具有關(guān)于圖7A和7B所述的兩種不同構(gòu)造的燃料電池的加速腐蝕 測試。進行該加速腐蝕測試以評價含氧化銥離子層在減輕由于陽極中全局燃料(H2)不足 所致的電池逆轉(zhuǎn)過程中碳腐蝕的有效性。該測試在8(TC和100%相對濕度和環(huán)境壓力下進 行。將待研究的試樣(在該情況下為陽極)用N2氣體流動；用在N2氣體中的5% H2流動該 陰極，從該電池中提取10mA/cm2電流密度(對于50cm2電池而言，總量為0. 5A)。隨著其尋 求反應(yīng)以支持來自陽極側(cè)的氧化電流流動，該電壓升高；在該情況下，實現(xiàn)了如下的氧析出 反應(yīng)(OER):在該氧析出反應(yīng)中，采用了在離子層中的銥。如圖8中能夠看到的那樣，無論 該含銥化合物的位置如何，這兩種類型電池性能相同，即銥在離子層中在保護該陽極碳載 體不受嚴(yán)重腐蝕方面與在電極層中同樣有效。 上述實施例表明，對于給定的碳載體，該含氧化銥的離子層提供了與當(dāng)將氧化銥 埋置在第一含催化劑鉑電極中時相同的電極保護水平。 盡管已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的實施方案，但并不意在這些實施方案舉例說 明和描述了本發(fā)明的所有可能形式。而是該說明書中所用的詞語是描述性而非限制性的詞 語，且認(rèn)識到可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進行多種改變。
權(quán)利要求
燃料電池，包括第一電極，第二電極，位于該第一和第二電極之間的離子傳導(dǎo)聚合物膜；位于該第一電極和該聚合物電解質(zhì)膜之間的第一含氧析出反應(yīng)(OER)催化劑的離子層，該第一含OER催化劑的層包括OER催化劑、離子傳導(dǎo)聚合物和碳，其中離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約10～約100。
2. 權(quán)利要求1的燃料電池，進一步包括位于該離子傳導(dǎo)聚合物膜和該第二電極之間的 第二含0ER催化劑的層。
3. 權(quán)利要求l的燃料電池，其中該OER催化劑包括含銥化合物。
4. 權(quán)利要求1的燃料電池，其中該OER催化劑包括選自由以下構(gòu)成的組的組分氧化 釕、氧化釕_氧化鈦、氧化銦及其組合。
5. 權(quán)利要求1的燃料電池，其中該OER催化劑包括由下式所描述的含銥化合物 Irx0y，其中x為約0. 8 約1. 2，和 y為約1. 8 約2. 4。
6. 膜電極組件的形成方法，該膜電極組件包括 第一電極，第二電極，位于該第一和第二電極之間的離子傳導(dǎo)聚合物膜；位于該第一電極和該聚合物電解質(zhì)膜之間的第一含0ER催化劑的層，該第一含0ER催 化劑的層包括OER催化劑、離子傳導(dǎo)聚合物和碳，其中離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約 10 約100，該方法包括a) 將所述第一含OER催化劑的層與基體接觸，以形成含0ER催化劑的層/基體雙層；和b) 將該含0ER催化劑的層/基體雙層結(jié)合到該膜電極組件中。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中該基體是所述第一電極。
8. 權(quán)利要求6的方法，其中該基體是所述離子傳導(dǎo)聚合物層。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中將該離子傳導(dǎo)聚合物與該第二電極接觸。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中將該含0ER催化劑的層/基體與該第一電極接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電極保護的具有氧析出反應(yīng)催化劑的離子層，尤其涉及燃料電池，包括第一電極和第二電極，在這些電極之間設(shè)置離子傳導(dǎo)聚合物膜。該燃料電池進一步包括位于該第一電極和該離子傳導(dǎo)聚合物膜之間的第一含OER催化劑的離子層。該第一含OER催化劑的層包括含OER催化劑的化合物、離子傳導(dǎo)聚合物和碳。作為特征的，離子傳導(dǎo)聚合物與碳的重量比為約10～約100。還提供了用于形成該燃料電池的方法。
文檔編號H01M8/02GK101794895SQ201010003540
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者J·E·奧維簡, J·張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司