專利名稱：質(zhì)子交換膜燃料電池電極構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域，更具體地，涉及形成質(zhì)子交換膜燃料電池的電極的構(gòu)造。質(zhì)子交換膜燃料電池，作為電流發(fā)生器，具有廣泛的應(yīng)用范圍。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的工作原理基于通過燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣)之間的催化反應(yīng)而使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。膜-電極組件(MEA)，通常稱為電池芯，形成PEMFC的基本元件。如圖I所示，MEA通常由聚合物膜(電極，3)形成，聚合物膜(電極，3)與在兩側(cè)的催化層(電極，2)接觸。因 此，各電極(陽極和陰極)由電解質(zhì)分隔，該電解質(zhì)對(duì)電子絕緣但傳導(dǎo)質(zhì)子。集電器(I)確保在電極的外表面上的電子轉(zhuǎn)移。至于質(zhì)子交換膜燃料電池，電解質(zhì)通常為由陽離子交換聚合物形成的膜，例如Nation (Dupont)或Aquivion (Solvay)。應(yīng)用在質(zhì)子交換膜燃料電池中的燃料可為例如氫的氣體或者例如醇(乙醇、甲醇、乙二醇)的液體。例如，下列反應(yīng)示出了在燃料和氧化劑分別為氫和氧的情況下，在電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)陽極H2— 2H++2e_ (I)陰極02+4H++4e— 2H20 (2)E is 日極=OV/麗
E _=1· 23V/enh在這種情況下，總反應(yīng)為下式H^O2 ^ H2O E0 eq=E° 陰極-E。陽極=1. 23V因此，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，電池兩端的電動(dòng)勢(shì)為I. 23V。在陽極處，吸附在催化劑上的氫氣的分解產(chǎn)生質(zhì)子H+和電子e_。然后質(zhì)子在與陰極處的氧氣反應(yīng)之前穿過聚合物膜。質(zhì)子與陰極處的氧氣的反應(yīng)導(dǎo)致水的形成和熱的產(chǎn)生。這類電化學(xué)反應(yīng)由于形成電極的催化劑的存在而受到動(dòng)力學(xué)促進(jìn)。根據(jù)反應(yīng)類型和燃料的種類，可使用數(shù)種材料，但是對(duì)于多數(shù)反應(yīng)和燃料來說，鉬似乎為最有效的催化齊U。已經(jīng)證明，催化劑可以以催化層的形式出現(xiàn)，該催化層通常由支撐在碳聚集體上的鉬納米顆粒構(gòu)成。催化劑可利用催化劑油墨均勻地沉積在膜表面上或擴(kuò)散層上。特別地，這類催化劑油墨由碳(鍍鉬碳)、載液和質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物所支撐的催化劑形成。質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物通常具有與電解質(zhì)相同的性質(zhì)。
文件JP 2005174768描述了一種用于電極的包括鉬基催化劑、Nafion 和炭黑的
組合物。此外，文件EP 0945910描述了一種包括基于鍍鉬碳的催化劑和離聚物的電極。所描述的活性層按金屬/cm2計(jì)包括O. Olmg至5mg,而孔體積為從O. 7ml/g至I. 3ml/g。文件JP 92835154描述了包括離聚物和鍍鉬碳的電極組合物。此外，該文件說明了對(duì)于直徑大于O. I μ m的孔，優(yōu)選地，具有至少等于O. 4cm3/g的體積。考慮到針對(duì)消費(fèi)者市場(chǎng)的PEMFC的使用和發(fā)展，必須使這類電池的芯的老化現(xiàn)象最小化。陰極的液態(tài)水淹和陰極納米材料(碳載體和催化劑)的不可逆降解為電池性能下降中發(fā)生的主要現(xiàn)象。
·
由于水尤其能夠維持存在于電極和膜中的質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物的傳導(dǎo)性，因此水的存在對(duì)于PEMFC的正常工作是必要的。根據(jù)反應(yīng)(2)，水可在陰極產(chǎn)生，但也可通過在前的氣體增濕作用而引入。然而，由于水可導(dǎo)致催化部位的水淹，從而因氣體不能接近反應(yīng)部位而使電池中止，因此過量的水是不利的。此外，根據(jù)眾所周知的腐蝕機(jī)制，電極材料的不可逆降解主要涉及活性陰極層，這對(duì)于電池尤其不利。在陰極上的催化碳載體根據(jù)以下反應(yīng)發(fā)生氧化
C + 2 H2O CO2 + 4H+ + 4e(3)鑒于反應(yīng)(3)的相對(duì)于電池的陰極電勢(shì)的低電勢(shì)(O. 2V/ENH)，反應(yīng)(3)通常在熱力學(xué)上是可能的。液態(tài)水的存在促進(jìn)該反應(yīng)。當(dāng)電池處于電力循環(huán)時(shí)，該降解得到增強(qiáng)(J. P. Meyers和R. M. DarlingJ. Electrochem. Soc. , 153(8), A1432,2006)。另一方面，陽極處所存在的氧氣通常被陽極室中的氫氣所還原。然而，所存在的氫氣可能在中止/啟動(dòng)階段、電力循環(huán)、形成泄水孔塞(water plug)和中止氫氣供應(yīng)中是不充足的。于是，氧氣利用其它質(zhì)子源，尤其是通過陰極碳的氧化所產(chǎn)生的質(zhì)子源。因此，陽極處所存在的氧氣作為質(zhì)子泵且加強(qiáng)陰極處的碳的腐蝕。在陰極處的鉬的降解還有助于降低電池性能。降解機(jī)制之一涉及鉬的氧化、溶解和再結(jié)晶。另一方面，陰極碳載體的降解可導(dǎo)致鉬顆粒的分離，并且由于鉬顆粒的凝聚作用而隨活性表面區(qū)域的減少一起發(fā)生(A. A. Franco和M. Gerard J. Electrochem.Soc. , 155 (4), B367, 2008; Y. Shao, G. Yin,和 Y. Gao J. Power Sources.，171，558，2007)。陰極碳載體與支撐在其表面上的鉬納米顆粒的密度成比例(A. A. Franco和M. GerardJ. Electrochem. Soc. , 155 (4), B367, 2008)。電化學(xué)老化為鉬降解的另一機(jī)制，其導(dǎo)致鉬納米顆粒的尺寸增加，從而導(dǎo)致電活性表面區(qū)域減少和電池性能下降。當(dāng)圍繞納米顆粒的局部水的量增加時(shí)、或者當(dāng)納米顆粒之間的距離減小時(shí)、或者當(dāng)顆粒尺寸分散度增加時(shí)，電化學(xué)老化增強(qiáng)。已經(jīng)提供了各種解決方案以減少PEMFC-類型燃料電池在其運(yùn)行期間的性能下降。因此，可以通過改變載體碳的性質(zhì)、通過在氧化劑氣體(陰極)中添加二氧化碳、通過在燃料氣體(陽極)中引入一氧化碳、或者通過使用保護(hù)層而實(shí)現(xiàn)陰極處的碳腐蝕的減少或抑制。通過使用更抗腐蝕的碳載體，例如碳納米管、富勒烯、石墨，或者通過碳載體的熱處理，可實(shí)現(xiàn)載體碳的性質(zhì)的改變。在陰極處的氧化劑氣體(氧氣)中添加二氧化碳(CO2)能夠使反應(yīng)(3)的平衡向左移動(dòng)，從而減緩碳腐蝕。在陽極處引入一氧化碳(CO)能夠限制陰極處的碳腐蝕。事實(shí)上，通過與陽極處所存在的氧氣反應(yīng)，CO限制上文所述的“質(zhì)子泵”(A. A. Franco, M. Guinard. B. Barthe, O.Lemaire, Electrochimica Acta, 54(22) (2009)5267)。已經(jīng)提供了不導(dǎo)電的硅基保護(hù)層(SiO2)在碳/鉬納米管組件上的使用(S. Takenaka, H. Matsumori, H. Matsune, E. Tanabe,和 M. Kishida, J. Electrochem.Soc.，155(9) (2008)B929)。該層旨在限制鉬的遷移，從而限制造成電池性能下降的催化顆粒聚集體的形成。因此，該解決方案對(duì)催化劑的穩(wěn)定性起作用，但對(duì)于已經(jīng)穩(wěn)定的碳不起作用。應(yīng)該注意，關(guān)于碳的腐蝕，碳納米管具有良好的穩(wěn)定性。此外，通過先前混合到碳/鉬納米管系統(tǒng)的3-氨丙基-三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷化合物的水解作用，而在所有的碳/鉬納米管系統(tǒng)上形成SiO2層。減少PEMFC降解的另一方法包括減少陰極水淹現(xiàn)象。盡管可通過沉積較少的基于鍍鉬碳的油墨而因此沉積較少的催化劑，來減小活性層的體積，但這增加了陰極對(duì)于水淹的敏感性。已經(jīng)提出了數(shù)種解決方案以克服該現(xiàn)象。文件US 6492295提出將疏水性樹脂沉積在催化劑顆粒的表面以限制液態(tài)水形成在陰極中。文件US 5723173提出將先前已經(jīng)進(jìn)行疏水處理的基于碳氟聚合物的碳粉引入活性層。另一方面，文件US 2008/0090128提出使用催化粉，該催化粉在分散入水中(對(duì)于20g水分散O. 5g)后，pH值至少為6。該pH范圍使存在于活性層中的粉相對(duì)疏水。文件US 2008/0044697提出通過引入硅化合物而形成一種極其耐潮的活性層。 還提出了將疏水油，即聚二甲基硅氧烷，引入電極孔中(M. B. Ji，Z. D.Wei，S.G. Chen 和 L. Li, J. Phys. Chem. C 2009，113，765-771)。所有這些解決方案的目的都在于增強(qiáng)活性層的疏水特性。然而，在數(shù)百小時(shí)的使用后，這些處理可受到化學(xué)降解機(jī)制。此外，引入額外的產(chǎn)物會(huì)降低電極的孔隙度，因而限制氧氣的擴(kuò)散。引入疏水性材料還可導(dǎo)致與催化劑接近的水的缺乏，然而水的存在對(duì)于電催化反應(yīng)以及對(duì)于質(zhì)子傳導(dǎo)是必須的。本發(fā)明通過提供一種電極構(gòu)造以限制陰極的可逆和不可逆降解，而克服所有這些不足。因此減少了水淹現(xiàn)象、碳腐蝕和電化學(xué)老化現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人:已經(jīng)研制了一種能夠減少催化劑含量同時(shí)維持或改善質(zhì)子交換膜燃料電池的性能的電極。
本發(fā)明包括在活性層或催化劑層中維持恒定的真空體積，同時(shí)減少催化劑的用量。將活性層的厚度保持恒定，同時(shí)減小催化劑比率。該方法違背了本領(lǐng)域技術(shù)人員的方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員的方法趨向于減小活性層的厚度以減少催化劑的用量。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)系統(tǒng)的電極，電化學(xué)系統(tǒng)例如為燃料電池。所述電極通過進(jìn)一步由聚合體形成的活性層而形成。該活性層尤其包括孔、至少一種催化齊U、至少一種離聚物以及導(dǎo)電顆粒。所述電極的特征在于，相對(duì)于電極的幾何表面，存在于活性層中的孔的總體積的范圍在 O. 0005cm3/cm2 和 O. 0012cm3/cm2 之間，優(yōu)選地為 O. 00IcmVcm20“幾何表面”意指電極的平坦表面，而不考慮電極的孔或凹凸部(relief)。通常，根據(jù)本發(fā)明的形成電極的活性層的厚度的范圍在ΙΟμπι至20μ πι之間。該活性層的厚度一般是根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的方法，通過沉積催化劑油墨而形成。如上文所示，活性層還包括至少一種離聚物，離聚物為一種通常與形成分離電解質(zhì)膜的材料相同的材料。離聚物的主要功能為將在催化部位上產(chǎn)生或消耗的質(zhì)子在這些部位和膜之間進(jìn)行輸送。離聚物為質(zhì)子導(dǎo)體，優(yōu)選地，選自具體地包括Nafion and Aquivion 的全氟磺酸聚合物的組。通過反應(yīng)所產(chǎn)生或所消耗的電子借助電極中的碳以及借助從一個(gè)電極到另一電極的外部電路進(jìn)行輸送。通過存在于微孔或中孔中的離聚物，加強(qiáng)了對(duì)水淹現(xiàn)象的限制。由于其質(zhì)子傳導(dǎo)性而使用的離聚物，確實(shí)具有較強(qiáng)的吸水能力，這在根據(jù)本發(fā)明的電極的運(yùn)行和構(gòu)造中是必要的。發(fā)生在電極上的電化學(xué)反應(yīng)由于形成所述電極的活性層中存在的催化劑而在動(dòng)力上被促進(jìn)。這并不是限制性的，催化劑通常支撐在碳上。該催化劑可選自尤其包括下述催化劑的組PtRu/C、PtCo/C、Ru/C、Pt/C、Co/C、Mo/C、PtNi/C、PtCrCo/C、PtlrCu/C 和 PtCoMo/C及其混合物。優(yōu)選地，催化劑為鉬基催化劑，更優(yōu)選地，該催化劑為支撐在碳上的鉬，即鍍鉬碳。優(yōu)選地，支撐在碳上的催化劑以納米顆粒的形式存在。優(yōu)選地，相對(duì)于電極的幾何表面，有利地基于鉬的催化劑的量的范圍在0. 03mg/cm2至0. 25mg/cm2之間。通常，這不是限制性的，在鉬支撐在碳上的情況下，鉬重量占鍍鉬碳的5%至30%。優(yōu)選地,相對(duì)于孔體積,每個(gè)孔的催化劑含量的范圍在30mg/cm3至500mg/cm3之間，更優(yōu)選地，在IOOmg/cm3至200mg/cm3之間。通常，根據(jù)催化劑的性質(zhì)確定每個(gè)孔的催化劑含量與孔體積的比率。本發(fā)明能夠相對(duì)于孔體積減少催化劑加載量。添加導(dǎo)電顆粒尤其能夠減少所支撐的催化劑的量，而不改變活性層的真空體積或者孔體積。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的電極的活性層包括導(dǎo)電顆粒，該導(dǎo)電顆粒選自包括炭黑、碳纖維、碳納米管、或這些顆粒的混合物、或者任何其它導(dǎo)電顏料的組。其它導(dǎo)電顆粒也可被引入用于形成活性層的催化劑油墨中。本發(fā)明還涉及如上所述的電極的用于制造例如燃料電池的電化學(xué)系統(tǒng)中的陰極的用途。該電極還可用于制造例如燃料電池的電化學(xué)系統(tǒng)中的電極-膜組件(MEA)。另一方面，本發(fā)明涉及一種用于通過沉積催化劑油墨而制造如上所述的電極的方法，該催化劑油墨包括至少ー種催化劑、至少一種離聚物、以及導(dǎo)電顆粒。優(yōu)選地，該導(dǎo)電顆粒選自包括以不同的質(zhì)量比率(在5%至70%之間)加載或者不加載鉬顆粒的炭黑、碳纖維、碳納米管或其混合物的組。還可將其它導(dǎo)電顆粒引入催化劑油墨中。該方法能夠保持碳/離聚物體積比率恒定，而不管催化劑油墨的組成，以導(dǎo)致催化劑加載量與孔體積的比率的下降。也可以通過増加離聚物含量或者通過減少支撐在碳上的催化劑中的催化劑含量來減少催化劑含量。根據(jù)本發(fā)明的電極構(gòu)造能夠在電極的所有結(jié)構(gòu)尺度上(納米型、微型和中型)保持最小的孔體積，而不管用于制造電極的配方或方法參數(shù)。換句話說，降低了每個(gè)孔的催化劑加載量與孔體積的比率。 這導(dǎo)致催化劑更好地分散在每個(gè)孔中，且進(jìn)一歩降低催化劑加載量與離聚物體積的比率。相應(yīng)地，液態(tài)水聚集在所有尺度的孔中，從而能夠減少水淹效應(yīng)且改善輸送到電極的催化部位的氧氣的性能。因此，限制了電池對(duì)于電カ需求變化的靈敏性。此外，由于較少的液態(tài)水聚集，還減少了催化劑和碳載體的降解。較低的催化顆粒濃度也減緩了碳載體的腐蝕。


將在以下結(jié)合附圖的實(shí)施方式的以下非限定性的描述中討論本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢(shì)。圖I示出PEMFC燃料電池的簡化的操作示意圖；圖2示出PEMFC燃料電池電極的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的電極用于水淹(B)以及導(dǎo)致催化納米顆粒的電化學(xué)老化和碳載體的降解的較小的能力，圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的比圖3A中所示的MEA含有更少的鉬的 MEA ；圖4至圖9示出已制備且測(cè)試的六種膜-電極組件(MEA[1]至MEA[6])的測(cè)試結(jié)果(電池電勢(shì)隨著時(shí)間的響應(yīng))；圖10示出對(duì)于包括MEA[1]的燃料電池的電壓和電流強(qiáng)度隨著時(shí)間的變化；圖11示出包括MEA[1]的電池的極化曲線，初始操作點(diǎn)對(duì)應(yīng)于操作周期的界限；圖12示出根據(jù)標(biāo)稱電流所計(jì)算的電池芯有效期的變化(靠近左側(cè))，以及針對(duì)固定電流所計(jì)算的電勢(shì)的變化的示例(MEMEPhys模型，靠近右側(cè))，有效期限定為電勢(shì)急劇下降到零期間的時(shí)間；圖13示出工作300小時(shí)后的碳質(zhì)量消耗，對(duì)于不同的鉬加載量，根據(jù)初始碳質(zhì)量來計(jì)算該碳損耗量(MEMEPhys模型)。
具體實(shí)施例方式形成催化劑油墨的組合物尤其包括離聚物、鍍鉬碳和用于MEA[3]、MEA[5]和MEA[6]的炭黑。離聚物為質(zhì)子傳導(dǎo)型全氟磺酸聚合物，例如Nafion (Dupont)或Aquivion (Solvay)。在下文中所討論的所有示例中，相對(duì)于電極的幾何表面，存在于活性層中的孔的總體積為0. 001cm3/cm2。
圖4示出在高電流強(qiáng)度和低電流強(qiáng)度(imax=540mA/cm2和imin = 20%imax=108mA/cm2)下電池電勢(shì)對(duì)于操作周期的響應(yīng)，這模擬了數(shù)百小時(shí)的汽車類型操作。相對(duì)于電極的幾何表面，從在陰極處加載有0. 47mg/cm2的鉬的MEA[1]中獲得該曲線。在操作450小時(shí)后，可觀察到輕微的性能損失。由于電池的中止(再生循環(huán))導(dǎo)致該性能損失幾乎是不可逆轉(zhuǎn)的。該中止是公認(rèn)為對(duì)水淹的電極區(qū)起干燥作用的階段(由于在MEA體積中的水的自分布)，這顯示了極其輕微的水淹。在電極情況下，將不可逆的性能損失歸咎于因催化劑的溶解、氧化或電化學(xué)老化而造成的組分的不可逆的降解，以及歸咎于陰極的催化載體的腐蝕。圖5示出電池電勢(shì)對(duì)于相同的操作周期的響應(yīng)，其中，相對(duì)于電極的幾何表面，MEA在陰極處加載有0. 17mg/cm2的鉬，MEA[2] 0應(yīng)當(dāng)注意，相同的催化劑油墨以及相同的方法已經(jīng)用于形成兩種MEA，這兩種MEA在陰極處分別加載有0. 47mg/cm2的鉬(MEA[1])和
0.17mg/cm2的鉬(MEA[2])，這意味著加載有0. 17mg/cm2的鉬(MEA[2])的陰極的孔體積大約比加載有0. 47mg/cm2的鉬(MEA[1])的陰極的孔體積低2. 5倍。圖5的研究清晰地示出性能下降，這種性能下降在高功率下增強(qiáng)。在中止之后，性能再生是極其可逆的，其為陰極 水淹的癥狀。該不可逆的性能損失歸因干與MEA[1]相同的原因。在保持高耐用性的同時(shí)仍減少鉬的量，對(duì)油墨進(jìn)行配制以相對(duì)于電極(MEA[3])的幾何表面在陰極處得到加載量為0. 17mg/cm2的鉬，電極(MEA[3])具有的真空體積等于陰極的真空體積，該陰極的真空體積實(shí)際上更密實(shí)地加載三倍。由于將標(biāo)準(zhǔn)的炭黑添加到油墨中而得到該油墨(為了保持離聚物滲透，進(jìn)行與炭黑成比例的添加)。圖6的曲線示出相同的對(duì)于MEA[3]的操作周期。該曲線的研究示出MEA[3]的特性非常接近于加載有0. 47mg/cm2的MEA[1]的特性，但是其實(shí)際上具有少三倍的鉬。這清晰地示出，在這種情況下，性能的耐用性取決于在該孔尺度時(shí)鉬加載量與孔體積的比率，而與鉬的量無關(guān)。已經(jīng)測(cè)試了兩種其它的MEA結(jié)構(gòu)以驗(yàn)證與MEA [3]的性能有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。MEA [4]包括由鍍鉬碳催化劑形成的陰極，該陰極具有比用于先前所描述的MEA[1]至MEA[3]的陰極更小的鉬比率。該新型鍍鉬碳的使用提供了非常接近于MEA[3](不添加碳)的陰極結(jié)構(gòu)。圖7的研究顯示了與MEA[3]的特性相似的MEA[4]的特性。這能夠得出結(jié)論不只是活性層的確切配方，在該孔尺度時(shí)鉬加載量與孔體積的比率為這樣ー個(gè)量，利用該量可改善性能耐用性。最后測(cè)試的MEA具有兩層的結(jié)構(gòu)，第一層(在組合之后與膜接觸)與MEA[2]的活性陰極層相同，該活性陰極層相對(duì)于電極的幾何表面具有0. 17mg/cm2的加載量，第二層僅由碳和離聚物形成。該方法提供了與MEA[3]和MEA[4]的電極組合物相同的平均的電極組合物，但具有與MEA[2]的鉬分布相同的鉬分布(從而限制于小的厚度且鉬加載量與孔體積的比率在該厚度上保持不變)。圖8的研究示出MEA[5]表現(xiàn)得像MEA[2](具有相同等級(jí)的斜率以及大于利用MEA[3]和MEA[4]所獲得的斜率)。這能夠證實(shí)在該孔尺度時(shí)鉬加載量與孔體積的比率對(duì)于性能耐用性的重要性。為了強(qiáng)調(diào)本發(fā)明甚至對(duì)于極小的加載的好處，一種新的MEA (MEA[6])形成有相對(duì)于電極的幾何表面為0. 12mg/cm2的加載,用于形成電極的油墨已經(jīng)以與其它油墨相同的方式進(jìn)行配制，但僅具有較大的碳比率，這將得到更輕地加載的活性層，仍具有相同的厚度。
圖9中所示出的曲線的研究表明，即使性能略微下降，MEA[6]的特性仍非常穩(wěn)定，且其鉬加載量比MEA[1]的鉬加載量少四倍多。該最后的測(cè)試清晰地表明，在這種情況下，性能的耐用性取決于 在孔尺度時(shí)的鉬加載量與孔體積的比率，而與鉬的量無關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種用于電化學(xué)系統(tǒng)的電極，所述電化學(xué)系統(tǒng)例如為燃料電池，所述電極由活性層形成，所述電極包括 孔； 至少一種催化劑； 至少一種離聚物； 導(dǎo)電顆粒， 相對(duì)于所述孔的體積，每個(gè)孔的催化劑的含量的范圍在30mg/cm3至500mg/cm3之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電極，其中，所述每個(gè)孔的催化劑的含量的范圍在lOOmg/cm3至 200mg/cm3 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2中的任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述活性層的厚度的范圍在10微米至20微米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述催化劑基于鉬。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述催化劑為鍍鉬碳，優(yōu)選地為納米顆粒的形式的鍍鉬碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項(xiàng)所述的電極，其中，相對(duì)于所述電極的幾何表面，所述催化劑的量的范圍在O. 03mg/cm2至O. 25mg/cm2之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項(xiàng)所述的電極，其中，相對(duì)于所述電極的幾何表面，所述孔的總體積的范圍在O. 0005cm3/cm2和O. 0012cm3/cm2之間，優(yōu)選地為O. 001cm3/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述導(dǎo)電顆粒選自包括炭黑、碳纖維、碳納米管、或這些顆粒的混合物、或者任何其它導(dǎo)電顏料的組。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一項(xiàng)所述的電極的用于制造電化學(xué)系統(tǒng)中的陰極的用途，所述電化學(xué)系統(tǒng)例如為燃料電池。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一項(xiàng)所述的電極的用于制造電化學(xué)系統(tǒng)中的膜-電極組件MEA的用途，所述電化學(xué)系統(tǒng)例如為燃料電池。
11.一種通過沉積催化劑油墨來制造根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一項(xiàng)所述的電極的方法，所述催化劑油墨包括至少一種催化劑、至少一種離聚物、以及導(dǎo)電顆粒。
全文摘要
本發(fā)明的主題是一種用于例如燃料電池的電化學(xué)系統(tǒng)的電極，所述電極由活性層形成，所述電極包括孔、至少一種催化劑、至少一種離聚物和導(dǎo)電顆粒，相對(duì)于所述孔的體積，每個(gè)孔的催化劑含量在30mg/cm3至500mg/cm3之間。
文檔編號(hào)H01M8/10GK102870258SQ201180019141
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者瑞米·文森特, 賽爾維·埃斯克里巴努, 亞歷杭德羅·弗蘭克 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì)