发明名称 燃料电池用触媒电极及具有该触媒电极之燃料电池与前述各物品之制造方法
摘要 本发明提供一种触媒电极及其制造方法,于使用于燃料电池之际,藉由抑制于燃料极所产生的副产物气体吸附于电极表面,并迅速地去除吸附的气泡状气体,而能增加燃料极之有效接触面积,提高燃料电池之输出。另外,并提供一种燃料电池及其制造方法,藉由抑制于燃料电池所产生的副产物气体吸附于电极表面,并迅速地去除吸附的气泡状气体,而能增加燃料极之有效触媒面积,发挥较高之输出。本发明之燃料电池用触媒电极,具备:基板;及触媒层,于该基板所形成之含有触媒载持碳粒子与固体聚合物电解质;其特征为:该基板或该触媒层含有一种或二种以上消泡剂。
申请公布号 TWI222237 申请公布日期 2004.10.11
申请号 TW092114234 申请日期 2003.05.27
申请人 电气股份有限公司 发明人 今井 英人;吉武 务;岛川 佑一;真子 隆志;中村 新;木村 英和;黑岛 贞则;久保 佳实
分类号 H01M8/10;H01M4/00 主分类号 H01M8/10
代理机构 代理人 周良谋 新竹市东大路一段一一八号十楼;周良吉 新竹市东大路一段一一八号十楼
主权项 1.一种燃料电池用触媒电极,包含:基板;及触媒层, 邻接于该基板而形成,含有触媒载持碳粒子与固体 聚合物电解质; 其特征为: 该基板及该触媒层中的至少任一个,含有至少一种 消泡剂。 2.如申请专利范围第1项之燃料电池用触媒电极,其 中,该消泡剂包含:选自于由脂肪酸系消泡剂、脂 肪酸酯系消泡剂、醇系消泡剂、醚系消泡剂、磷 酸酯系消泡剂、胺系消泡剂、醯胺系消泡剂、金 属肥皂系消泡剂、硫酸酯系消泡剂、矽系消泡剂 、矿物油系消泡剂、及聚丙二醇、低分子量聚乙 基乙二醇油酸酯、壬基苯酚环氧乙烷低莫耳添加 物、普卢蓝尼克(Pluronic)型环氧乙烷低莫耳添加物 所构成之族群中的至少任一个。 3.如申请专利范围第1项之燃料电池用触媒电极,其 中,该基板及该触媒层二者,均含有该至少一种消 泡剂。 4.如申请专利范围第1项之燃料电池用触媒电极,其 中,该基板及该触媒层之中的至少任一个,含有该 至少一种消泡剂之混合促进剂及安定化剂中的至 少一个。 5.如申请专利范围第1项之燃料电池用触媒电极,其 中,该触媒电极为燃料电池之燃料极。 6.如申请专利范围第5项之燃料电池用触媒电极,其 中,供应至该燃料极之液体燃料,包含:有机化合物 与至少一种消泡剂。 7.如申请专利范围第6项之燃料电池用触媒电极,其 中,于该液体燃料中所含之该消泡剂包含:选自于 由脂肪酸系消泡剂、脂肪酸酯系消泡剂、醇系消 泡剂、醚系消泡剂、磷酸酯系消泡剂、胺系消泡 剂、醯胺系消泡剂、金属肥皂系消泡剂、硫酸酯 系消泡剂、矽系消泡剂、矿物油系消泡剂、及聚 丙二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯 酚环氧乙烷低莫耳添加物、普卢蓝尼克(Pluronic)型 环氧乙烷低莫耳添加物所构成之族群中的至少任 一个。 8.如申请专利范围第7项之燃料电池用触媒电极,其 中,于该液体燃料中所含之至少一种消泡剂,系相 同于该基板及该触媒层之中的至少任一个中所含 之该至少一种消泡剂。 9.如申请专利范围第7项之燃料电池用触媒电极,其 中,于该液体燃料中所含之至少一种消泡剂,系不 同于该基板及该触媒层之中的至少任一个中所含 之该至少一种消泡剂。 10.一种燃料电池,包含:固体电解质膜;燃料极,邻接 于该固体电解质膜之第一面;及氧化剂极,邻接于 该固体电解质膜之第二面; 其特征为: 该燃料极包含:基板;与触媒层,邻接于该基板所形 成之含有触媒载持碳粒子与固体聚合物电解质;且 该燃料极之该基板及该触媒层中的至少任一个,含 有至少一种消泡剂。 11.如申请专利范围第10项之燃料电池,其中,该消泡 剂包含:选自于由脂肪酸系消泡剂、脂肪酸酯系消 泡剂、醇系消泡剂、醚系消泡剂、磷酸酯系消泡 剂、胺系消泡剂、醯胺系消泡剂、金属肥皂系消 泡剂、硫酸酯系消泡剂、矽系消泡剂、矿物油系 消泡剂、及聚丙二醇、低分子量聚乙基乙二醇油 酸酯、壬基苯酚环氧乙烷低莫耳添加物、普卢蓝 尼克(Pluronic)型环氧乙烷低莫耳添加物所构成之族 群中的至少任一个。 12.如申请专利范围第10项之燃料电池,其中,该燃料 极之该基板及该触媒层之二者均含有该至少一种 消泡剂。 13.如申请专利范围第10项之燃料电池,其中,该燃料 极之该基板及该触媒层中的至少任一个,含有该至 少一种消泡剂之混合促进剂及安定化剂中之至少 一个。 14.如申请专利范围第10项之燃料电池,其中,供应至 该燃料极之液体燃料,包含有机化合物与至少一种 消泡剂。 15.如申请专利范围第14项之燃料电池,其中,于该液 体燃料申所含之该消泡剂包含:选自于由脂肪酸系 消泡剂、脂肪酸酯系消泡剂、醇系消泡剂、醚系 消泡剂、磷酸酯系消泡剂、胺系消泡剂、醯胺系 消泡剂、含属肥皂系消泡剂、硫酸酯系消泡剂、 矽系消泡剂、矿物油系消泡剂、及聚丙二醇、低 分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚环氧乙烷 低莫耳添加物、普卢蓝尼克(Pluronic)型环氧乙烷低 莫耳添加物所构成之族群中的至少任一个。 16.如申请专利范围第15项之燃料电池用触媒电极, 其中,于该液体燃料中所含之至少一种消泡剂,系 相同于该基板及该触媒层中的至少任一个中所含 之该至少一种消泡剂。 17.如申请专利范围第15项之燃料电池,其中,于该液 体燃料中所含之至少一种消泡剂,系不同于该基板 及该触媒层中的至少任一个中所含之该至少一种 消泡剂。 18.一种燃料电池用触媒电极的制造方法,包含:将 含有载持触媒之导电粒子、固体聚合物电解质之 粒子及至少一种消泡剂的溶液,涂布于基板表面之 至少一部分,而于该基板表面形成触媒层的步骤。 19.如申请专利范围第18项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该消泡剂包含:选自于由脂肪酸 系消泡剂、脂肪酸酯系消泡剂、醇系消泡剂、醚 系消泡剂、磷酸酯系消泡剂、胺系消泡剂、醯胺 系消泡剂、金属肥皂系消泡剂、硫酸酯系消泡剂 、矽系消泡剂、矿物油系消泡剂、及聚丙二醇、 低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚环氧乙 烧低莫耳添加物、普卢蓝尼克(Pluronic)型环氧乙烷 低莫耳添加物所构成之族群中的至少任一个。 20.如申请专利范围第18项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该涂布液含有该至少一种消泡 剂之混合促进剂及安定化剂中的至少一个。 21.如申请专利范围第18项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,更包含: 使基板和处于含有至少一种消泡剂的液体及气体 中的任一种状态之含消泡剂物质相接触,对该基板 赋予该至少一种消泡剂的步骤;且对已赋予该消泡 剂的基板,涂布含消泡剂溶液。 22.如申请专利范围第18项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,更包含: 使至少一种消泡剂分散于基板之原料中,而形成分 散有该至少一种消泡剂之基板的步骤;且 对已赋予该消泡剂的基板,涂布含消泡剂溶液。 23.一种燃料电池用触媒电极的制造方法,包含: 使基板和处于含有至少一种消泡剂的液体及气体 中的任一种状态之含消泡剂物质相接触,对该基板 赋予该至少一种消泡剂的步骤;以及 于该基板表面之至少一部分形成触媒层的步骤。 24.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,形成该触媒层的步骤,包含:将一 种含有载持触媒物质之导电粒子与固体聚合物电 解质之粒子的涂布液,涂布于该基板上的步骤。 25.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该消泡剂包含:选自于由脂肪酸 系消泡剂、脂肪酸酯系消泡剂、醇系消泡剂、醚 系消泡剂、磷酸酯系消泡剂、胺系消泡剂、醯胺 系消泡剂、金属肥皂系消泡剂、硫酸酯系消泡剂 、矽系消泡剂、矿物油系消泡剂、及聚丙二醇、 低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚环氧乙 烷低莫耳添加物、普卢蓝尼克(Pluronic)型环氧乙烷 低莫耳添加物所构成之族群中的至少任一个。 26.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该含消泡剂物质包含该至少一 种消泡剂之混合促进剂及安定化剂中之至少一个 。 27.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,使接触于该含消泡剂物质的步 骤包含: 将处于液体状态之该含消泡剂物质涂布于该基板 的步骤。 28.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,使接触于该含消泡剂物质的步 骤包含: 将该基板浸渍于处于液体状态之该含消泡剂物质 中的步骤。 29.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,使接触于该含消泡剂物质的步 骤包含: 将处于气体状态之该含消泡剂物质喷涂于该基板 的步骤。 30.如申请专利范围第23项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,形成该触媒层的步骤包含: 将含有载持触媒之导电粒子、固体聚合物电解质 之粒子及至少一种消泡剂的溶液,涂布于基板表面 之至少一部分,而于该基板表面形成触媒层的步骤 。 31.一种燃料电池用触媒电极的制造方法,包含: 使至少一种消泡剂分散于基板之原料中,而形成分 散有该至少一种消泡剂之基板的步骤;以及 于该基板表面之至少一部分形成触媒层的步骤。 32.如申请专利范围第31项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,形成该触媒层的步骤包含: 将含有载持触媒物质之导电粒子与含有固体聚合 物电解质之粒子的涂布液,涂布于该基板上的步骤 。 33.如申请专利范围第31项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该消泡剂包含:选自于由脂肪酸 系消泡剂、脂肪酸酯系消泡剂、醇系消泡剂、醚 系消泡剂、磷酸酯系消泡剂、胺系消泡剂、醯胺 系消泡剂、金属肥皂系消泡剂、硫酸酯系消泡剂 、矽系消泡剂、矿物油系消泡剂、及聚丙二醇、 低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚环氧乙 烷低莫耳添加物、普卢蓝尼克(Pluronic)型环氧乙烷 低莫耳添加物所构成之族群中的至少任一个。 34.如申请专利范围第31项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,使该至少一种消泡剂之混合促 进剂及安定化剂中之至少一个,进一步分散于该基 板之原料中。 35.如申请专利范围第31项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,形成该触媒层的步骤,包含: 将含有载持触媒之导电粒子、固体聚合物电解质 之粒子及至少一种消泡剂的溶液,涂布于基板表面 之至少一部分而于该基板表面形成触媒层的步骤 。 36.一种燃料电池用触媒电极的制造方法,包含: 将含有载持触媒之导电粒子与固体聚合物电解质 之粒子的溶液,涂布于基板表面之至少一部分而于 该基板表面形成触媒层的步骤;以及藉由使该触媒 层和处于含有至少一种消泡剂之液体及气体之中 的任一状态之含消泡剂物质相接触,而对该触媒层 赋予该至少一种消泡剂的步骤。 37.如申请专利范围第36项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该消泡剂包含:选自于由脂肪酸 系消泡剂、脂肪酸酯系消泡剂、醇系消泡剂、醚 系消泡剂、磷酸酯系消泡剂、腰系消泡剂、醯胺 系消泡剂、金属肥皂系消泡剂、硫酸酯系消泡剂 、矽系消泡剂、矿物油系消泡剂、及聚丙二醇、 低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚环氧乙 烷低莫耳添加物、普卢蓝尼克(Pluronic)型环氧乙烷 低莫耳添加物所构成之族群中的至少任一个。 38.如申请专利范围第36项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该含消泡剂物质包含该至少一 种消泡剂之混合促进剂及安定化剂中之至少一个 。 39.如申请专利范围第36项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该和含消泡剂物质相接触的步 骤包含将处于液体状态之该含消泡剂物质涂布于 该基板的步骤。 40.如申请专利范围第36项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该和含消泡剂物质相接触的步 骤包含将该基板浸渍于处于液体状态之该含消泡 剂物质中的步骤。 41.如申请专利范围第36项之燃料电池用触媒电极 的制造方法,其中,该和含消泡剂物质相接触的步 骤包含将处于气体状态之该含消泡剂物质喷涂于 该基板的步骤。 42.一种燃料电池的制造方法,包含: 将含有载持触媒之导电粒子、固体聚合物电解质 之粒子及至少一种消泡剂的溶液,涂布于基板表面 之至少一部分而于该基板表面形成触媒层,以得到 触媒电极的步骤;以及 使该触媒电极与固体电解质膜相抵接而进行压合 的步骤。 43.一种燃料电池的制造方法,包含: 使基板和处于含有至少一种消泡剂的液体及气体 之中的任一种状态之含消泡剂物质相接触,而对该 基板赋予该至少一种消泡剂的步骤; 于该基板表面之至少一部分形成触媒层,以得到触 媒电极的步骤;以及 使该触媒电极与固体电解质膜相抵接而进行压合 的步骤。 44.一种燃料电池的制造方法,包含: 使至少一种消泡剂分散于基板之原料中,而形成分 散有该至少一种消泡剂之基板的步骤; 于该基板表面之至少一部分形成触媒层,以得到触 媒电极的步骤;以及 使该触媒电极与固体电解质膜相抵接而进行压合 的步骤。 45.一种燃料电池的制造方法,包含: 将含有载持触媒之导电粒子与固体聚合物电解质 之粒子的溶液,涂布于基板表面之至少一部分而于 该基板表面形成触媒层的步骤; 藉由使该触媒层和处于含有至少一种消泡剂的液 体及气体之中的任一种状态之含消泡剂物质相接 触,而对该触媒层赋予该至少一种消泡剂,俾得到 触媒电极的步骤;以及 使该触媒电极与固体电解质膜相抵接而进行压合 的步骤。 图式简单说明: 图1系示意显示有关本发明燃料电池内部构造之典 型一例的剖面图。 图2系示意显示有关本发明燃料电池典型一例之燃 料极、氧化剂极及固体聚合物电解质膜的剖面图 。
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