專(zhuān)利名稱(chēng)：用以延長(zhǎng)燃料電池膜和離聚物壽命的合金催化劑的制作方法
用以延長(zhǎng)燃料電池膜和離聚物壽命的合金催化劑
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及燃料電池，更特別地，本發(fā)明涉及延長(zhǎng)燃料電池的膜 和其它含離聚物部分的使用壽命。
PEM燃料電池包括膜電極組件(MEA)，其通常包括膜兩側(cè)的陽(yáng) 極和陰極，其中燃料進(jìn)料至該陽(yáng)極，氧進(jìn)料至該陰極，由此引起的反 應(yīng)產(chǎn)生電。
不幸的是，當(dāng)前膜技術(shù)生產(chǎn)的電池堆所包括的這樣的膜具有的使 用壽命短至約1000小時(shí)，遠(yuǎn)達(dá)不到最終的目標(biāo)。當(dāng)膜失效時(shí)，故障 突然發(fā)生，該電池使用壽命終止，由此需要立即采取措施?？蔀樘鎿Q 而將電池由電池堆中除去，但這需要很小心，否則將可能伴隨著相鄰 電池的損壞。這類(lèi)替換方法不是可行的現(xiàn)場(chǎng)措施，并且有可能一旦膜 失效開(kāi)始，就需要替換電池堆。
因此，本發(fā)明的主要目的是^t是供具有延長(zhǎng)的膜壽命的燃料電池。
發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明，已達(dá)到了上述目的。
根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)膜失效可由金屬和/或金屬離子雜質(zhì)的存在 引起。在PEM燃料電池中，與用于該陽(yáng)極和陰極上的催化劑有關(guān)的 金屬，在某些條件下將遷入該膜內(nèi)，在該膜處它們可引起這樣的失效。 因此，根據(jù)本發(fā)明，采取措施防止催化劑金屬或催化劑金屬離子遷入 該膜內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，這是通過(guò)使用合金催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述合金催化 劑在該燃料電池工作過(guò)程中，對(duì)于初始的溶解及隨后在膜中的沉淀更 具抗性。
燃料電池可包括膜和其它由全氟化離聚物制得的元件或部分。全 氟化離聚物材料很適于提供長(zhǎng)的離聚物壽命，但價(jià)格昂貴。從成本的觀點(diǎn)看，烴類(lèi)和/或非全氟化離聚物更合乎需要。然而，這樣的膜更易于失效。
因此，本發(fā)明的特定實(shí)施方案是將金屬合金催化劑用于在膜內(nèi)或催化劑層內(nèi)，或同時(shí)在兩個(gè)位置內(nèi)具有非全氟化離聚物材料和/或烴類(lèi)離聚物材料的燃料電池。
根據(jù)本發(fā)明，膜電極組件，其包括陽(yáng)極；陰極；置于該陽(yáng)極或陰極之間的膜，該陽(yáng)極、陰極和膜中的至少一個(gè)包括烴類(lèi)離聚物；和置于該陽(yáng)極和陰極中的至少一個(gè)內(nèi)，并包括金屬合金催化劑的電極催化劑。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了膜電極組件，其包括陽(yáng)極；陰極；置 于該陽(yáng)極或陰極之間的膜；置于該膜與該陽(yáng)極和陰極中的至少 一個(gè)之 間并包含金屬合金催化劑和離聚物的至少 一個(gè)附加層，其中該陽(yáng)極、 陰極和膜中的至少 一個(gè)包括烴類(lèi)離聚物；和置于該陽(yáng)極和陰極中的至 少 一個(gè)內(nèi)，并包括金屬合金催化劑的電極催化劑。
另根據(jù)本發(fā)明，提供防止催化劑由燃料電池組件的電極遷移的方法，該燃料電池組件包括陽(yáng)極、陰極，和置于該陽(yáng)極和陰極之間的膜； 該方法包括在該陽(yáng)極和陰極中的至少一個(gè)內(nèi)提供作為金屬合金催化 劑的催化劑。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)是在附圖和如下描述中提出的。根據(jù)描述、附圖和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)勢(shì)將是顯而易見(jiàn)的。
附圖簡(jiǎn)述
現(xiàn)參照附圖，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)描述如下，其中；
圖l舉例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池組件；
圖2舉例說(shuō)明了在測(cè)試三種(3)電池時(shí)，所得到的氟釋放(fluoride emission)結(jié)果，其中的一種電池具有鉑催化劑， 一種電池具有鉑鈷合 金，和一種電池具有鉑銥鈷合金；
圖3舉例說(shuō)明了鉑銥鈷電池的氫交變(cross-over)結(jié)果；
圖4舉例說(shuō)明了柏銥鈷電池的開(kāi)路電壓(OCV)隨時(shí)間的變化；和
圖5給出了都負(fù)載于碳上的鉑鈷電池和鉑電池之間的對(duì)比。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及燃料電池，更特別地，涉及PEM燃料電池和用于該 PEM燃料電池的膜電極組件，該P(yáng)EM燃料電池具有延長(zhǎng)的膜壽命和 離聚物壽命。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用在該燃料電池工作期間可抵抗溶 解的合金催化劑提供延長(zhǎng)的膜壽命。這有助于減少沉淀于該膜內(nèi)或遷 移至該膜的催化劑金屬或催化劑金屬離子的數(shù)量，并由此減少攻擊該 膜的過(guò)氧化物自由基和其它物質(zhì)只寸該膜材料的攻擊率。
采用本發(fā)明的特別實(shí)施方案以保護(hù)包含特別易受攻擊影響的離 聚物材料的PEM燃料電池。
本發(fā)明用于離聚物材料，所迷這些離聚物材料可明顯受益于在該 燃料電池工作期間，可抵抗催化劑金屬溶解和隨后的催化劑金屬沉淀 的金屬合金催化劑。這些材料包括烴類(lèi)離聚物，非全氟化離聚物和具 有無(wú)機(jī)主鏈(即通過(guò)無(wú)機(jī)結(jié)合構(gòu)成的主鏈)的離聚物。
如此間所使用的，烴類(lèi)離聚物總的來(lái)說(shuō)是指具有包含氬和碳的主 鏈，且還可包含小摩爾分?jǐn)?shù)例如氧、氮、硫和/或磷的雜原子的離聚物。這些烴類(lèi)離聚物主要包括芳族和脂肪族的離聚物。
適合的芳族離聚物的實(shí)例包括，但不限于磺化聚酰亞胺、磺化烷 基化聚砜、磺化苯氧基苯曱基基團(tuán)取代的聚苯，和聚苯并咪唑離聚物。
合適的脂肪族離聚物的非限制實(shí)例是基于乙烯基聚合物的那些， 例如交聯(lián)聚(苯乙烯磺酸)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基磺酸)、聚(2-丙烯酰 氨-2-甲基丙磺酸)及其共聚物。
全氟化離聚物可基于多種主鏈，并具有置換氫的氟。該離聚物主 鏈上保留的氬導(dǎo)致了如上所述的催化劑金屬介導(dǎo)的攻擊。因此，即便 是稍微未達(dá)到全氟化的離聚物，例如小于或等于99.975 %的氫原子被 氟置換的離聚物，也可受益于和本發(fā)明的合金催化劑的組合，并可認(rèn) 為其為非全氟化的離聚物。
如此間所使用的，具有無(wú)機(jī)主鏈的離聚物包括基于具有無(wú)機(jī)結(jié)合 的主鏈的離聚物，其可用許多元素中的任何元素置換碳。這樣材料的
非限制性實(shí)例為包括N = P鍵的聚磷腈。還可利用聚磷腈的衍生物， 例如具有磺酸、磺酰胺，和/或膦酸基團(tuán)的聚磷腈衍生物。
應(yīng)理解上述定義之間可有重疊，例如，上述討論的所有或許多烴 類(lèi)和/或無(wú)機(jī)基離聚物也可不是全氟化的。
當(dāng)前的膜的一個(gè)實(shí)例為全氟化磺酸(PFSA)離聚物。這樣的離聚物 通常包括帶有磺化全氟亞烷基醚(sulfoperfluoroalkyleneether)側(cè)鏈的 類(lèi)特氟隆(聚四氟乙烯)主鏈。該全氟化磺酸昂貴且稍微能夠抵抗前述 降解。非全氟化離聚物可作為替代品使用，且成本低。然而，這樣的 離聚物易受如上所討論的降解攻擊。
如上所述，當(dāng)離聚物材料由具有少于99.975%的氫原子位#皮氟置 換的聚合離聚物組成時(shí)，可認(rèn)為該離聚物材料為非全氟化材料。甚至 一個(gè)沒(méi)被如此置換的位也會(huì)產(chǎn)生不可接受的降解率。
隨著氟占領(lǐng)的位的數(shù)量的減少，合金催化劑益處增加。因此，本 發(fā)明特別適合于這樣的情況其中該離聚物材料具有少于99.975%的 氟占領(lǐng)的氫原子位，更優(yōu)選地小于90%的氟占領(lǐng)的氫原子位，進(jìn)一步 更優(yōu)選地少于10%的氟占領(lǐng)的氫原子位。
在PEM燃料電池中遇到的主要化學(xué)降解途徑為Fenton機(jī)理。該 機(jī)理由金屬污染物上(金屬污染物可以離子或金屬形式存在)氧的還 原所產(chǎn)生的過(guò)氧化物驅(qū)動(dòng)，該金屬污染物將該過(guò)氧化物轉(zhuǎn)化為可攻擊 該膜內(nèi)的位點(diǎn)且分解該膜的自由基。該攻擊將最終導(dǎo)致該膜的失效。
該金屬污染物的潛在來(lái)源為用在陽(yáng)極和陰極內(nèi)促進(jìn)反應(yīng)的催化 劑。鉑為最常用的催化劑材料，可在常規(guī)工作條件下溶解，且在電極 和膜內(nèi)以離子和金屬的形式存在。
PFSA離聚物為全氟化的(如上所述定義為大于99.975%的C-X 鍵(其中X非C)為C-F鍵)，用以賦予極好的耐化學(xué)性。然而，全氟 化需要復(fù)雜的化學(xué)處理，進(jìn)而增加了該離聚物的成本。
如上所述，從成本的觀點(diǎn)看，烴類(lèi)膜燃料電池愈加具有吸引力。
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然而，通過(guò)Fenton機(jī)理，烴類(lèi)膜更易于降解，特別是當(dāng)較低的成本 是由于除去了全氟化步驟而產(chǎn)生時(shí)。本發(fā)明涉及保護(hù)膜和其它燃料電 池離聚物材料以防分解，且特別》也涉及保護(hù)存在于該電池內(nèi)，例如該 陽(yáng)極和/或陰極內(nèi)的烴類(lèi)膜和其它烴類(lèi)離聚物。
如上所述，當(dāng)材料中小于99.975%的C-X鍵(其中定義X為非 C)為C-F鍵時(shí)，可廣義地認(rèn)為該材料為非全氟化的。
應(yīng)理解可使用不同的離聚物材料的混合物制備PEM燃料電池的 膜，并且當(dāng)膜包含不同的離聚物，且該烴類(lèi)離聚物構(gòu)成了該膜的至少 實(shí)質(zhì)部分，優(yōu)選至少約50%體積時(shí)，可認(rèn)為該烴類(lèi)膜為包括如上所定 義的烴類(lèi)離聚物的膜。
在燃料電池工作期間發(fā)生的氧還原反應(yīng)形成了可大大地加速該 燃料電池的膜分解的攻擊性物質(zhì)。這些攻擊性物質(zhì)包括金屬和金屬離 子上發(fā)生的過(guò)氧化物分解的副產(chǎn)物羥基自由基、過(guò)氧化自由基和羧 基自由基。
之前防止這樣的分解的工作包括試圖防止該膜內(nèi)的過(guò)氧化物形 成，還有防止過(guò)氧化物和形成過(guò)氧化物的反應(yīng)物遷移至該膜。
盡管這些工作表現(xiàn)出可能的前景，但基本問(wèn)題仍存在，這里提供 解決該問(wèn)題的其它方法。
本發(fā)明針對(duì)的膜/離聚物損壞(decay)是通常存在于膜以及其它層 或部分中的離聚物材料的損壞。本發(fā)明沒(méi)有防止分解的防護(hù)，而是通 過(guò)阻止催化劑金屬和金屬離子出現(xiàn)在這些位置，來(lái)減少所有這些位置 內(nèi)的分解。這是通過(guò)使用此間所討論的金屬合金催化劑來(lái)完成的，特 別是與膜有關(guān)。因此，如下的討論是有關(guān)該膜的保護(hù)，但應(yīng)該理解， 根據(jù)本發(fā)明的防止金屬催化劑溶解的措施還保護(hù)了其它位置內(nèi)的離 聚物材料，特別是烴類(lèi)離聚物材料。
已發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明，通常的燃料電池催化劑材料，諸如鉑，當(dāng)存 在于膜內(nèi)時(shí)，可增強(qiáng)自由基對(duì)該膜材料的攻擊。烴類(lèi)和/或非全氟化 膜材料更易受到該攻擊，具有無(wú)機(jī)主鏈的離聚物也如此。
基于上述內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明，提供膜電極組件，該膜電極組件使
用合金催化劑，所述合金催化劑可有利地抵抗燃料電池工作過(guò)程中的 溶解，從而使催化劑金屬向膜內(nèi)的遷移最小化。這進(jìn)而減緩了膜的降 解，延長(zhǎng)了膜的壽命。
根據(jù)本發(fā)明，該合金催化劑可有利地為柏合金催化劑，更優(yōu)選地 為二元或三元的合金。
一種合適的二元合金具有下式PtxY1-x，其中Y選自Co、 Ni、 V、 Cu、 Fe、 Cr、 Pd、 Ti、 W、 Al、 Ag、 Cu和Au及其組合，x為O.l 至0.9。
另根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)鉑和其它兩種(2)金屬的合金在抵抗溶解和 提供極好的膜壽命上特別有用。這樣的合金具有下式PtxMzY1-x-z， 其中M選自Ir、 Rh、 Co、 Ni及其組合，Y選自Co、 Ni、 V、 Cu、 Fe、 Cr、 Pd、 Ti、 W、 Al、 Ag、 Cu及其組合，且x+z為0.1至0.9。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施方案，提供的適用合金具有下式 PtxZ1-x,其中Z選自Ru、 Mo及其組合，且x為0.1至0.9。該合金 特別適用于陽(yáng)極。
本發(fā)明的合金催化劑可有利地不負(fù)載或負(fù)載于碳上。這樣的催化 劑有利地置于該組件的電極中的一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)，該催化劑以此方式放 置，如同通常的膜電極組件催化劑一樣起作用。因此，放置該催化劑 應(yīng)增強(qiáng)通常發(fā)生在燃料電池工作期間的氧還原反應(yīng)。
在該燃料電池工作期間，已發(fā)現(xiàn)該合金催化劑如所需地抵抗溶 解。.
該合金催化劑優(yōu)選基于鉑。
根據(jù)本發(fā)明，可采取另外的步驟確保自由基不攻擊該膜。這些步 驟包括放置抗氧化劑于該膜內(nèi)，抗氧化劑例如Ciba Specialty Chemicals生產(chǎn)的RGANOX 1076、 Mayzo Inc.生產(chǎn)的BLS 1944或 BNX 1010,或其它主要的酚類(lèi)抗氧化劑等。這樣的抗氧化劑可以消 除或分解達(dá)到膜或在膜內(nèi)形成的自由基種類(lèi)，且由此防止這樣的自由 基種類(lèi)攻擊膜材料。
該膜還可具有螯合劑，例如Ciba Specialty- Chemicals生產(chǎn)的IRGANOXMD 1024、 Mayzolnc.生產(chǎn)的BNXMD 1097等，這些螯合 劑可有利地清除任何到達(dá)該膜的催化劑金屬離子種類(lèi)，由此防止這樣 的物質(zhì)沉淀在可能促進(jìn)該膜材料損壞的位置。
使用本發(fā)明的最終結(jié)果是提供烴類(lèi)膜電極組件，其中維持該膜和 其它的烴類(lèi)離聚物材料基本不含催化劑金屬離子種類(lèi)和所有這樣的 催化劑金屬，由此使該烴類(lèi)離聚物材料的損壞最小化。


圖1給出了包括膜12、陽(yáng)極14和陰極16的通常的膜電極組件 10的圖示。催化劑通常置于陽(yáng)才及14和陰極16中的一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)， 且本發(fā)明的合金催化劑有利地放置于這些位置中的一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)。圖 1還給出了如下將另討論的任選附加層18。
如上所述，這樣使用合金催化劑有利地防止電極14和16內(nèi)的合 金催化劑的金屬溶解，并由此防止該溶解的金屬遷移至膜12，避免 促進(jìn)膜的損壞。
圖2-5(如下將單獨(dú)討論)表明了使用合金催化劑的本發(fā)明清楚地 按需要延長(zhǎng)了膜電極組件的壽命。數(shù)據(jù)是針對(duì)全氟化離聚物給出的， 但考慮到發(fā)現(xiàn)對(duì)于烴類(lèi)和/或非全氟化離聚物的分解更敏感，該數(shù)據(jù) 仍具有相關(guān)性和指示性。
圖2給出了三(3)種不同的燃料電池的對(duì)比結(jié)果。 一種燃料電池 包括鉑催化劑(PEM155)， 一種包括鉑鈷合金催化劑(PEM156)， 一種 包括鉑銥鈷合金催化劑(PEM157)。該實(shí)驗(yàn)是在溫度120°C、 50%RH, H2/N2條件下，并利用0.87V至1.05V的電壓周期進(jìn)行的。
圖2給出了這些電池中的每一種的氟隨時(shí)間的損失。氟由這類(lèi)離 聚物離開(kāi)該電池是離聚物分解的明確標(biāo)記。如所示，包含鉑催化劑的 燃料電池具有最高的氟釋放量。
利用根據(jù)本發(fā)明的鉑銥鈷合金催化劑獲得了最佳的(最低的)氟 釋放結(jié)果。
圖3給出了針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的鉑銥鈷合金催化劑電池，交變電流 和短路電流隨時(shí)間的變化。該實(shí)-驗(yàn)是在加速的條件下進(jìn)行的，加速的 條件即溫度100。C、 25%RH、 H2/02和開(kāi)路電池電壓。用于該實(shí)驗(yàn)的
膜為Nafionll2膜。
圖3顯示了包含根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選金屬合金催化劑的燃料電池 在苛刻條件下工作200小時(shí)以上后，性能才因降解而變得明顯削弱。
圖4給出了針對(duì)負(fù)載于碳上的鉑銥鈷合金，使用Nafion 112膜的 情況下，開(kāi)路電池電壓隨時(shí)間的變化。該實(shí)驗(yàn)的加速條件包括溫度 IO(TC、 25%RH、 H2/Cb和開(kāi)路電池電壓(OCV)。
如所示，在明顯延長(zhǎng)的時(shí)間l爻內(nèi)，開(kāi)路電池電壓測(cè)量結(jié)果符合需要。
圖5給出都負(fù)載在碳上的鉑鈷合金催化劑和鉑催化劑的開(kāi)路電 池電壓隨維持時(shí)間變化的進(jìn)一步對(duì)比。如所示，該鉑催化劑表現(xiàn)出在 小于50小時(shí)的維持時(shí)間內(nèi)，開(kāi)^各電壓完全下降，而鉑鈷合金催化劑 燃料電池表現(xiàn)出穩(wěn)定的開(kāi)路電壓，直至達(dá)到300小時(shí)的OCV維持時(shí)間。
認(rèn)為當(dāng)使用非合金鉑催化劑時(shí)，工作條件引起鉑遷移至該膜，遷 移的鉑加速膜材料的損壞。
基于上述，可清楚地看到根據(jù)本發(fā)明的合金催化劑有利地延長(zhǎng)了 包含該催化劑的燃料電池的膜壽命。
再參照?qǐng)D1，以上指出了附加層18。可提供該附加層作為保護(hù)性 催化劑層，并可有利地放置于膜12與陽(yáng)極14和陰極16中的至少一 個(gè)之間。圖1表明了層18置于膜12和陽(yáng)極14之間。在本發(fā)明的范 圍內(nèi)，還可附加地或替代地將這^f羊的層放置于膜12和陰極16之間。
提供附加層18以進(jìn)一步防止金屬、金屬離子，以及過(guò)氧化氫前 體遷移到達(dá)膜12。為此，有利地提供具有催化劑的層18,選擇該催 化劑以分解過(guò)氧化氪，和消耗氫和/或氧，以便過(guò)氧化氫及隨后生成 的有害自由基的前體到達(dá)不了膜12。
層18有利地包括用以引導(dǎo)前述反應(yīng)的合適的催化劑，該催化劑 可有利地選自Pt、 Pd、 Ir、 Cr、 Ag、 Au、 Rh、 Ru、 Sn、 Si、 Ti、 Zr、 Al、 Hf、 Ta、 Nb、 Ce及其組合。對(duì)于該附加催化劑特別優(yōu)選以合金 形式提供，與如上所討論的電極催化劑一樣。這樣，附加催化劑可消
耗過(guò)氧化物和形成過(guò)氧化物的元素，并引起這些材料無(wú)害的分解(優(yōu) 選分解為水)，如上所討論的，不允許金屬和金屬離子遷移和沉淀入膜12內(nèi)。
有利地提供層18,使附加催化劑位于合適的離聚物材料層內(nèi)。 在這點(diǎn)上，層18的離聚物材料也可為烴類(lèi)離聚物和/或非全氟化離聚 物，或可為例如以上所指的全氟化磺酸離聚物的替代類(lèi)型離聚物。層 18有利地具有小于20%的孔隙率，優(yōu)選小于10%的孔隙率，這可用 來(lái)清楚地區(qū)分層18與相鄰電極14和16，相鄰電極14和16具有的 孔隙率大于層18(除了其它差別外)。層18還優(yōu)選與相鄰電極14和 16電連接，這有助于清楚地區(qū)分層18與膜12。
合適的層18的其它細(xì)節(jié)公開(kāi)于2004年12月28日提交的，同時(shí) 待決和共同擁有的PCT申請(qǐng)No. PCT/US2004/043779，該申請(qǐng)的細(xì)節(jié) 通過(guò)引用全文并入本文。
應(yīng)該理解用以減少催化劑金屬溶解和遷入該膜內(nèi)的本發(fā)明有利 地實(shí)現(xiàn)了該目的。另外，盡管最適用于烴類(lèi)膜的優(yōu)選實(shí)施方案，但本 發(fā)明用以防止催化劑溶解和遷入"莫內(nèi)的方法也可用于其它膜，所有這 些全部在本發(fā)明的寬范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種膜電極組件，其包括陽(yáng)極；陰極；置于所述陽(yáng)極和所述陰極之間的膜，所述陽(yáng)極、陰極和膜中的至少一個(gè)包括選自烴類(lèi)離聚物、非全氟化離聚物和具有無(wú)機(jī)主鏈的離聚物的材料；和置于所述陽(yáng)極和陰極中的至少一個(gè)內(nèi)，并包括金屬合金催化劑的電極催化劑。
2. 權(quán)利要求1的組件，其中所述材料為烴類(lèi)離聚物。
3. 權(quán)利要求l的組件，其中所述材料為非全氟化離聚物。
4. 權(quán)利要求l的組件，其中所述材料為具有無(wú)機(jī)主鏈的離聚物。
5. 權(quán)利要求1的組件，其中所述金屬合金為鉑合金。
6. 權(quán)利要求1的組件，其中所述金屬合金為二元合金。
7. 權(quán)利要求1的組件，其中所述金屬合金具有下式 PtxY,—x,且其中Y選自Co、 Ni、 V、 Cu、 Fe、 Cr、 Pd、 Ti、 W、 Al、 Ag、 Cu、 Au及其組合，且x為0.1至0.9。
8. 權(quán)利要求1的組件，其中所述合金具有下式 PtxMzY1-X-Z,且其中M選自Ir、 Rh、 Co、 Ni及其組合，Y選自Co、 Ni、 V、 Cu、 Fe、 Cr、 Pd、 Ti、 W、 Al、 Ag、 Cu、 Au及其組合，且x+z為0.1至0.9。
9. 權(quán)利要求1的組件，其中所迷合金具有下式 PtxZ1—x，其中Z選自Ru、 Mo及其組合，且x為0.1至0.9。
10. 權(quán)利要求l的組件，其中所述催化劑負(fù)載于碳上。
11. 權(quán)利要求1的組件，其中所述膜還包括用以分解到達(dá)所述膜的自由基種類(lèi)的抗氧化劑。
12. 權(quán)利要求1的組件，其中所述膜還包括用以消除催化劑金屬離子種類(lèi)的螯合劑。
13. 權(quán)利要求1的組件，其中所述膜基本上不含催化劑金屬離 子種類(lèi)。
14. 權(quán)利要求1的組件，該組件還包括置于所述膜和所述陽(yáng)極 與陰極中至少一個(gè)電極之間，并包括另外的合金催化劑的保護(hù)性催化 劑層。
15. 權(quán)利要求14的組件，其中所述保護(hù)性催化劑層包括離聚物 材料中的附加金屬合金催化劑，其中所述層具有小于20%的孔隙率， 且其中所述層與所述陽(yáng)極和陰極中的至少一個(gè)電連接。
16. 權(quán)利要求15的組件，其中所述層具有比所述至少一個(gè)電極 低的孔隙率。
17. 權(quán)利要求1的組件，其中所述烴類(lèi)離聚物為聚合離聚物， 其中共價(jià)結(jié)合的氫原子位置中少于99.975%的氫原子位置被氟原子 所占領(lǐng)。
18. —種用以防止電極催^(guò)f匕劑由燃料電池組件的電極溶解的方 法，所述燃料電池組件包括陽(yáng)極、陰極、置于所述陽(yáng)極和陰極之間的 膜，且所述電極催化劑置于所述陽(yáng)極和陰極中的至少一個(gè)內(nèi)，該方法 包括提供作為金屬合金催化劑的催化劑，并將所述催化劑置于所述膜 外。
19. 權(quán)利要求18的方法，該方法還包括維持所述膜基本不含催 化劑金屬離子種類(lèi)。
20. 權(quán)利要求18的方法，其中所述陽(yáng)極、陰極和膜中的至少一 個(gè)包括選自烴類(lèi)離聚物、非全氟化離聚物和具有無(wú)機(jī)主鏈的離聚物的 材料。
21. 權(quán)利要求20的方法，其中所述材料為烴類(lèi)離聚物。
22. 權(quán)利要求20的方法，其中所述材料為非全氟化離聚物。
23. 權(quán)利要求20的方法，其中所述材料為具有無(wú)機(jī)主鏈的離聚物。
24. 權(quán)利要求18的方法，其中所述金屬合金為鉑合金。
25. 權(quán)利要求18的方法，其中所述金屬合金為二元合金。，
26. 權(quán)利要求18的方法，其中所述金屬合金具有下式 PtxY1-x，且其中Y選自Co、 Ni、 V、 Cu、 Fe、 Cr、 Pd、 Ti、 W、Al、 Ag、 Cu、 Au及其組合，且x為0.1至0.9。
27. 權(quán)利要求18的方法，其中所述合金具有下式PtxMzY1-x-z，且其中M選自Ir、 Rh、 Co、 Ni及其組合，Y選自Co、 Ni、 V、 Cu、 Fe、 Cr、 Pd、 Ti、 W、 Al、 Ag、 Cu、 Au及其組合，且x+z為0.1至0.9。
28. 權(quán)利要求18的方法，其中所述合金具有下式 PtxZ,—x，其中Z選自Ru、 Mo及其組合，且x為0.1至0.9。
29. 權(quán)利要求18的方法，其中所述催化劑負(fù)載于碳上。
30. 權(quán)利要求18的方法，其中所述膜還包括用以分解到達(dá)所述 膜的自由基種類(lèi)的抗氧化劑。
31. 權(quán)利要求18的方法，其中所述膜還包括用以消除催化劑金 屬離子種類(lèi)的螯合劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了膜電極組件(10)，其包括陽(yáng)極(14)、陰極(16)、置于該陽(yáng)極和陰極之間的膜(12)，其中該陽(yáng)極、陰極或膜中的至少一個(gè)包含烴類(lèi)離聚物，和置于該陽(yáng)極和陰極中至少一個(gè)內(nèi)的電極催化劑，其中該催化劑為金屬合金催化劑。
文檔編號(hào)H01M4/90GK101346839SQ200580052390
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者A·豪格, C·-H·裴, L·普羅特塞洛, N·E·奇波利尼, S·莫圖帕利, T·斯基巴 申請(qǐng)人:Utc電力公司