具有過氧化氫分解催化劑的膜電極組件的制作方法

專利名稱：具有過氧化氫分解催化劑的膜電極組件的制作方法
背景技術：
本發明涉及膜電極組件，更具體涉及用于燃料電池的這樣的組件，特別是用于質子交換膜(PEM)燃料電池。
PEM燃料電池包括膜電極組件(MEA)，此組件一般在膜的兩側包括一個陽極和陰極，其中向陽極送入燃料，向陰極送入氧，而由此所引起的反應便產生電。
不幸的是，當前的膜技術制造的包括這樣膜的層疊電池，其使用壽命短至大約1,000小時，這遠短于最終的目標。當膜失效時，損壞是突然發生的，致使電池的使用壽命結束，為此必須立即給予干預。要從疊層中切割下電池予以更換，但是這要求非常小心，不過仍將伴隨著相鄰電池可能的損失。這種更換的方法不是一種可行的現場服務，很可能一旦膜開始失效，將須要更換一個疊層。
很明顯，對于具有更長使用壽命的燃料電池組等用的膜仍然是有需要的。
因此，本發明的主要目的是提供具有更長使用壽命的膜電極組件。
其他目的和優點將在下面顯現。
發明概要按照本發明，已經使上述目的和優點容易達到。
按照本發明，提供一種膜電極組件，該組件包括包含氫氧化催化劑的陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的膜以及置于選自所述陽極、所述陰極、所述陽極和所述膜之間的層和所述陰極和所述膜之間的層中至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當過氧化物分解催化劑暴露于過氧化氫時，所述過氧化物分解催化劑對由所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性。
按照本發明的又一個實施方案，提供一種發電的燃料電池系統，該系統包括包含氫氧化催化劑的陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的膜以及置于選自所述陽極、所述膜、所述陰極、所述陽極和所述膜之間的層和所述陰極和所述膜之間的層中至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當過氧化物分解催化劑暴露于過氧化氫時，所述過氧化物分解催化劑對由所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性，而且其中所述過氧化物分解催化劑選自Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合。
在按照本發明的又一個實施方案中，提供一種用來操作燃料電池的方法，該方法包括構成包括膜電極組件燃料電池的步驟，該組件包括包含氫氧化催化劑(hydrogen oxidation catalyst)的陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的膜以及置于選自所述陽極、所述陰極、所述膜、所述陽極和所述膜之間的層和所述陰極和所述膜之間的層中至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當過氧化物分解催化劑暴露于過氧化氫時，所述過氧化物分解催化劑對由所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性；還包括在所述陽極中加入含氫的燃料，在所述陰極中加入氧源，以便開動所述燃料電池，并在所述過氧化物分解催化劑存在下產生過氧化氫，借此使所述過氧化氫分解為良性產物。
附圖簡述下面參考附圖詳細敘述本發明的優選實施方案，其中

圖1說明按照本發明的膜電極組件的雙層陽極結構；圖2說明按照本發明的膜電極組件，其中該膜含有催化劑；圖3說明本發明的又一個實施方案，其中催化劑分散在整個陽極和陰極中；圖4說明本發明的一個實施方案，其中在膜和陽極之間以及在膜和陰極之間的層中提供催化劑；圖5說明本發明的又一個實施方案，其中只在陰極和膜之間的層中提供催化劑；圖6說明本發明的一個實施方案，其中在膜和陽極之間的分散層中提供過氧化物分解催化劑；以及圖7示意性地說明按照本發明的包括膜電極組件的燃料電池在工作過程中發生的各種反應。
詳細說明本發明涉及膜電極組件和包含該膜電極組件的PEM燃料電池的操作方法，其中保護膜免受會分解或腐蝕電池膜從而縮短電池壽命的過氧化氫分解產物的腐蝕。
按照本發明發現，對質子交換膜(PEM)燃料電池使用壽命的限制經常是膜的使用壽命。發現在這樣的膜的使用壽命之內，膜受到腐蝕直至失效。按照本發明發現，此腐蝕是由于在膜表面或內部發生有害的過氧化氫分解，這產生使膜分解的游離基和其他有害的產物。按照本發明，通過在膜電極組件中加入過氧化物分解催化劑可以避免這種有害的過氧化物分解產物，使含有此催化劑的膜和電池的使用壽命得以延長。
圖1圖解說明一部分包括按照本發明的膜電極組件(MEA)10的燃料電池。MEA10包括陽極12、陰極14和位于其間的膜16。在燃料電池的正常運作中，將含氫的燃料送至陽極12，將氧源送至陰極14，從而發生反應，如所希望的跨越膜16產生電位。
按照本發明發現，在陽極12上經常由于氧的部分還原而產生過氧化氫。在陽極電位下，置于陽極內的典型氫氧化催化劑的表面使得，與在此位置的催化劑相接觸的氧被還原為過氧化氫的機會很大。通過氧氣穿過，或者通過意在減緩CO中毒的空氣吸除，或者通過其他機理可以使氧與陽極催化劑接觸。
過氧化氫可以分解為良性產物，比如水和氧。然而，在某些條件下，過氧化氫分解為對膜可能有損的產物。比如，過氧化氫可能與雜質離子或高表面積的顆粒反應，產生·OH游離基，這可能腐蝕膜的聚合物。按照本發明相信，當過氧化氫觸及膜時就形成這樣的游離基，而這樣的游離基會對膜造成化學腐蝕，即耗損此膜。
按照本發明，在膜電極組件10中加入過氧化物分解催化劑，并將其有利地放置，就引起過氧化氫良性分解，優選地分解為水和氧。按照本發明，過氧化物分解催化劑可置于一個或幾個位置，包括在陽極當中、在陰極當中、在膜自身當中，作為在陽極和膜之間的一個層、作為在陰極和膜之間的一個層，以及這些位置的組合。
按照本發明的過氧化物分解催化劑最好是選擇對過氧化氫良性分解具有活性的催化劑。良性分解被認為是導致對膜結構無害產物的分解。因此，良性分解包括使過氧化氫分解為水和氧的分解。不被認為是良性的，而且加入本發明的催化劑要防止的特殊的分解是使過氧化氫形成游離基比如·OH和·OOH的分解。
按照本發明的過氧化物分解催化劑優選地是不允許由過氧化氫逸出或產生游離基的催化劑。
按照本發明，過氧化物分解催化劑可以包括導電材料和非導電材料，它們在燃料電池的環境中最好是電化學穩定的。過氧化物分解催化劑優選地是一種選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Ce和它們的組合，優選地是選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合的元素或含有選自上述的元素的組合物。這樣的催化劑最好進一步裝在載體上，此載體可有利地選自Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb和Ce的氧化物以及沸石、碳和它們的混合物。
正如在此所使用的，若將催化劑作為一個層加入電極或膜，或者是使它通過電極或膜分散，或者是此兩者，則便認為催化劑是在電極或膜當中。
按照本發明的一個方面，過氧化物分解催化劑優選地位于靠近膜電極組件的陽極和/或陰極之處，以便保證過氧化氫的良性分解。正如在此所使用的，術語“靠近”包括與電極物理位置上的靠近，以及電聯系上的靠近。
在圖1所說明的實施方案中，以位于陽極12面對膜一側，即表面13上的層18提供過氧化物分解催化劑。
還參照圖1，在此實施方案中，陽極12包括一般含有氫氧化催化劑的第一層20和含有按照本發明的過氧化物分解催化劑的層18。在此實施方案中，層18靠近陽極12的表面13。
在陽極12的層20中的氫氧化催化劑可以是對所需反應具有適當的活性或選擇性的任何催化劑。適當的氫氧化催化劑的例子包括鉑催化劑和鉑-釕催化劑，而且可以優選地將此催化劑裝載于適當的載體比如碳上面。
可以把其他催化劑與過氧化物分解催化劑一起加入層18，只要在層18內保持足夠的選擇性，達到過氧化氫所需程度的良性分解即可。
也可以優選的是，提供具有高離子交聯聚合物含量的層18，其含量最好足夠高，使得此層實質上是非多孔的，其孔隙率小于大約20％。形成的層18進一步優選地比較薄，具有低的催化劑體積含量，以使得由于加入了此層造成的離子電阻達到最小。
在一個實施方案中，最好以電連續性的方式提供層18、20，與電絕緣的層相比，這些層之間的這種電連續性可以極大地使制造簡化。進一步優選地將層18放置得盡可能靠近陽極12，因為此層間的界面是過氧化氫最能夠腐蝕膜的地方。
按照圖1的實施方案，當膜電極組件10處于使用中時，在陽極12中，或者在表面13上，或者在陽極12和層18的界面上產生的任何過氧化氫都處于在層18中存在過氧化物分解催化劑的情況下，并如所希望的在進入膜16之前就通過良性途徑被分解掉。這就有利地延長了組件10中膜16的使用壽命，由此就按照本發明的希望延長了產品的壽命。
現在轉向圖2，圖解說明按照本發明的膜電極組件22的另一個實施方案。圖2顯示出具有陽極24、陰極26和在其中分散著含有所需過氧化物分解催化劑的催化膜28的膜電極組件22。與圖1的層實施方案相似，此催化劑有利地如所希望的，在過氧化物進入膜28之前，便經由良性途徑而將過氧化氫分解。
按照圖2的實施方案應該認識到，在此配置的催化劑可以是，也可以不是電絕緣的。絕緣層，即非導電層可能來源于催化劑顆粒和/或載體的特性，否則可以導致比表面電阻為大約200～約2,000Ω/cm2的導電層。此范圍的寄生電流是微不足道的，大約為0.5～5mA/cm2。這種催化劑的結構可極大地簡化制造的過程，而且不會對電池性能造成明顯的影響。
再按照圖2的實施方案，如在圖2中所示，最好使整個膜都具有催化性能，包括面對陽極24的整個表面30和面對陰極26的整個表面32。可以如所說明的，如將催化劑分散在整個膜28上來做到這一點。這樣就有利地提供膜28，使之免受在陽極24或陰極26上產生的過氧化氫的侵蝕。應該注意到，在陰極26上的正常操作條件不導致顯著產生過氧化氫。然而，這樣的過氧化氫，哪怕是極少量，都會導致膜隨時間發生實質上的分解，正如按照本發明所希望的，按照本實施方案加入了催化劑的膜就防止在陽極24或陰極26上產生的過氧化氫的侵蝕。
在圖2的實施方案中，由于在陽極24和陰極26之間允許有弱的電子連接，如果加入了催化劑的膜是電絕緣的，那么在膜中加入催化劑受到比其應會受到的限制更小。
按照本發明的另一個實施方案(參見圖3)，提供具有陽極36、陰極38和位于其間的膜40的膜電極組件34。在此實施方案中，除了在置于陽極36中的氫氧化催化劑和可存在于陰極38中的氧還原催化劑以外，在整個陽極36和陰極38上也有利地分散著過氧化物分解催化劑。按照本發明此實施方案在電極中混合催化劑，能夠有利地使過氧化物分解催化劑位于盡可能靠近其來源，即氫氧化催化劑和/或氧還原催化劑。正如在前面所述的，在陰極38中對過氧化物分解催化劑的需要一般小于在陽極36中的需要，因為在陰極38中的操作條件一般不會導致形成過氧化氫。因此，在陽極中存在的過氧化物分解催化劑的量優選地大于在陰極中存在的量。應該認識到，本發明此實施方案對于保證膜的長壽命是特別有效的，因為如所希望的，在膜40的兩側提供了過氧化氫的良性分解。
當然，還應該認識到，如在圖1、2和3的每一個中所說明的，過氧化物分解催化劑的位置可以以另外的方式組合。而且，關于圖1的實施方案，如果需要和/或必須，如在圖4中所示，過氧化物分解催化劑也可置于膜16和陰極14之間的層中。
圖4說明按照本發明的又一種膜電極組件42，該組件包括陽極44、陰極46和位于它們之間的膜48。在此實施方案中，陽極44包括分布在其中的氫氧化催化劑，陰極46包括分布在其中的氧還原催化劑，這對于本領域的專業人員都是公知的。再有，在此實施方案中，陽極44包括一個含有按照本發明的過氧化物分解催化劑的層49，而陰極46包括一個按照本發明的過氧化物分解催化劑的層50。如上所述，如按照本發明所希望的，此實施方案能夠有利地為通過組件42的電極產生的過氧化物提供良性分解，從而延長了膜48的使用壽命。
現在轉向圖5，進一步說明又一個按照本發明的膜電極組件52，該組件包括陽極54、陰極56和位于其間的膜58。在此實施方案中，陰極56包括一個過氧化物分解催化劑層60，當以預期在陰極56中產生過氧化物的方式操作膜電極組件52時，希望使用這樣的結構。
現在轉向圖6，說明本發明的又一個實施方案。在此實施方案中，過氧化物分解催化劑通過在整個層上分散而配置在一個分立的層中。比如，圖6顯示出一個按照本發明的膜電極組件62，該組件包括陽極64、陰極66和位于其間的膜68。然而，在此實施方案中，分立層70以將適合過氧化物分解催化劑分散在整個適當的層材料中的方式來形成。比如，可以通過將膜材料從膜的任一側或兩側或者表面浸入所需深度來把這樣的催化劑層配置在膜中。在此實施方案中，其中并不要求導電性，催化劑的密度可有利地低于其他結構。當然應該認識到，圖6顯示出在組件的陽極和膜之間含有分散催化劑層的結構。如果需要，這樣的分散催化劑層同樣可位于陰極和膜之間，單獨地或者與如在圖6中所示的層相結合。
為了達到對膜最大的保護或屏蔽而免受過氧化氫的腐蝕，對于陽極或陰極，或者對于兩者，可以使含有過氧化物分解催化劑的圖3的混合陽極和陰極與圖1的雙層電極相結合，以使得所有進入膜的潛在過氧化物源都分解。
在按照本發明的又一個實施方案中還有利地發現，可以開發使用裝載于氧化物上的過氧化物分解催化劑，以改變陽極和陰極的水傳遞特征，比如使陽極比陰極更加親水。
正如在上面所指出的，各種類型的過氧化物分解催化劑都是需要的。已經發現，對達到所需的過氧化物分解銀和金的粒子是特別有利的，而當沉積在碳上面時，這種催化劑就尤其有效。碳本身也是很有用的過氧化物分解催化劑。當然，許多其他材料也適合于作為如上所述的過氧化物分解催化劑使用。
按照本發明的一個實施方案，過氧化物分解催化劑可以是鉑，而在某些情況下可以與氫氧化催化劑是同樣的。在這些實施方案中，最好使過氧化物分解催化劑以分散的形式配置。在這種層中Pt粒子間的最佳距離取決于此層在陽極和陰極之間空間中的位置和厚度以及相鄰的膜的厚度，對其進行選擇，使得能夠如所希望的促進過氧化物的良性分解。
按照本發明的另一方面，膜電極組件可以有利地在陽極、膜、陰極、陽極和膜之間的層和/或陰極和膜之間的層中配有過氧化物分解催化劑，當過氧化物分解催化劑如此配置時，特別優選的一組過氧化物分解催化劑就包括選自Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Ce以及它們的組合，優選地選自Pd、Tr、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合的元素或含有選自上述的元素的組合物。如在上面所看出的，此催化劑此外可裝載于載體上。
也如在上面所指出的，在此敘述的膜電極組件當用于發電燃料電池系統中時是特別有利的。按照這樣的結構，電極組件以層疊類似元件的方式配置，向疊層中送入優選富含氫的燃料以及氧化劑或氧源。除了產生電能的公知反應以外，將各個組分加入燃料電池也會形成過氧化氫，按照本發明這些過氧化氫將要按照良性途徑分解。按照本發明，過氧化物分解催化劑有利地使此過氧化氫按照良性途徑分解，優選地產生水和氧，以保護膜電極組件的膜不受游離基或其他有害的過氧化物分解產物的腐蝕，延長膜的壽命。
本發明的電極組件在此指的是膜電極組件。當然應該認識到，此術語也專門用來包括成套電極組件(UEA)。
圖7說明發生的各種會導致形成成問題的過氧化氫的反應。圖7顯示一部分膜電極組件，包括膜72和含有鉑粒子作為氫氧化催化劑的電極74。圖7進一步顯示出各種進入陽極的氫和逸出的氧，在鉑粒子存在下它們能產生過氧化氫(H2O2)。在序列A中說明的反應會導致對實際電極材料的腐蝕。但是，實際上如在圖7的序列B中所說明發生的反應卻壓倒即使不是全部也是大多數此種反應，其中過氧化氫在電極中分解。然而，圖7的序列C和D導致在極接近膜72處產生過氧化氫，這導致按照本發明要克服的不希望的過氧化物有害分解的可能性。在此兩個序列中，當氫遇到緊靠著膜的鉑粒子和來源于如在序列C中的穿過的氧或如在序列D中所示的逸出形式的氧時，就形成過氧化氫，并且滲入膜72中，在那里分解為有害的產物，引起膜72的腐蝕或耗損。
按照本發明促進的過氧化氫良性分解，一般發生在MEA中，按照如下的反應進行
這些良性反應一般是當過氧化氫在鉑存在下分別在低電位和高電位分解時進行的。按照本發明發現，一旦過氧化氫進入膜，在可能是雜質離子或高比表面顆粒X存在下，則就代之發生如下反應
游離基·OH可以腐蝕聚合物，或者可以重新結合為過氧化氫，并且可以進一步與過氧化氫反應產生另外的游離基，比如·OOH。據信此游離基隨后就腐蝕膜，引起膜耗損或腐蝕。還據信，在干燥條件下，此過程會由于機械應力增大而被加速，使得在膜的親水相和疏水相之間的邊界上更容易反應。
如在本發明中所述，放置過氧化物分解催化劑能夠如上面所希望的使這樣的過氧化氫良性分解為氧和水，避免過氧化氫在任何種類膜雜質存在下的分解，導致形成游離基和損壞膜。
應該認識到，本發明保護膜不受能夠腐蝕膜的過氧化物分解產物的攻擊，如此就減少了對膜的腐蝕，并如所要求的延長了膜的使用壽命。
應該明白，本發明并不限于在此敘述和顯示的例子，據認為這些僅是對實施本發明最佳模式的說明，可以對其零件的形狀、尺寸、配置和操作細節進行變動。只要在由權利要求所定義的精神和范圍之內，本發明將覆蓋所有的變動。
權利要求
1.一種膜電極組件，該組件包括含有氫氧化催化劑的陽極；陰極；位于所述陽極和所述陰極之間的膜，以及位于選自所述陽極、所述陰極、在所述陽極和所述膜之間的層以及在所述陰極和所述膜之間的層中的至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當暴露在過氧化氫中時所述過氧化物分解催化劑對從所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性。
2.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Ce和它們的組合的元素。
3.如權利要求2的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合的元素。
4.如權利要求2的組件，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于選自Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb和Ce的氧化物、沸石、碳和它們的組合的載體上。
5.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Ag、Au、C和它們的組合的元素。
6.如權利要求5的組件，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于碳上。
7.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑是碳。
8.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑作為所述層配置于所述陽極和所述膜之間。
9.如權利要求8的組件，其中使所述層與所述陽極電連接。
10.如權利要求8的組件，該組件還包括在所述膜和所述陰極之間的所述過氧化物分解催化劑層。
11.如權利要求8的組件，其中所述層還包括一部分所述氫氧化催化劑。
12.如權利要求8的組件，其中所述層的孔隙率小于或等于大約20％。
13.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑被包括在所述膜中。
14.如權利要求13的組件，其中使所述過氧化物分解催化劑浸漬到所述膜中，從所述膜的表面至進入所述膜到所需深度。
15.如權利要求13的組件，其中所述膜具有陽極表面和陰極表面，而且其中所述過氧化物分解催化劑配置于在所述陽極表面和所述陰極表面上的所述膜中，由此使得在所述陽極或所述陰極上產生的過氧化物在所述過氧化物分解催化劑存在下分解。
16.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑配置在所述陽極和所述陰極中的至少一個上。
17.如權利要求16的組件，其中所述過氧化物分解催化劑同時配置在所述陽極和所述陰極上。
18.如權利要求17的組件，其中所述陽極含有的所述過氧化物分解催化劑的濃度大于在所述陰極上的濃度。
19.如權利要求18的組件，其中所述陽極比所述陰極更加親水。
20.如權利要求17的組件，該組件還包括配置在所述陽極和所述膜之間的所述過氧化物分解催化劑層。
21.如權利要求1的組件，其中所述過氧化物分解催化劑靠近所述陽極。
22.一種膜電極組件，該組件包括含有氫氧化催化劑的陽極；陰極；位于所述陽極和所述陰極之間的膜，以及位于選自所述陽極、所述膜、所述陰極、在所述陽極和所述膜之間的層以及在所述陰極和所述膜之間的層中的至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當暴露在過氧化氫中時所述過氧化物分解催化劑對從所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性，而且其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Ce和它們的組合的元素。
23.如權利要求22的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合的元素。
24.如權利要求22的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Ag、Au、C和它們的組合的元素。
25.如權利要求22的組件，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于選自Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb和Ce的氧化物、沸石、碳和它們的組合的載體上。
26.一種發電燃料電池系統，該系統包括多個排列成燃料電池疊層的燃料電池，其中所述燃料電池包括有如下構件的膜電極組件含有氫氧化催化劑的陽極；陰極；位于所述陽極和所述陰極之間的膜，以及位于選自所述陽極、所述膜、所述陰極、在所述陽極和所述膜之間的層以及在所述陰極和所述膜之間的層中的至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當暴露在過氧化氫中時所述過氧化物分解催化劑對從所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性。
27.如權利要求26的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Ce和它們的組合的元素。
28.如權利要求27的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合的元素。
29.如權利要求27的組件，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于選自Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb和Ce的氧化物、沸石、碳和它們的組合的載體上。
30.如權利要求26的組件，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Ag、Au、C的元素和它們的組合。
31.如權利要求30的組件，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于碳上。
32.如權利要求26的組件，其中所述過氧化物分解催化劑是碳。
33.一種燃料電池的操作方法，該方法包括如下步驟提供包含膜電極組件的燃料電池，該組件包括含有氫氧化催化劑的陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的膜和位于選自所述陽極、所述陰極、所述膜、在所述陽極和所述膜之間的層和在所述陰極和所述膜之間的層中的至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當暴露于過氧化氫時所述過氧化物分解催化劑對由所述過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性；在所述陽極中加入含氫的燃料，在所述陰極中加入氧源，以便開動所述燃料電池，并在所述過氧化物分解催化劑存在下產生過氧化氫，借此使所述過氧化氫分解為所述的良性產物。
34.如權利要求33的方法，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Ce和它們的組合的元素。
35.如權利要求34的方法，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Pt、Pd、Ir、C、Ag、Au、Rh、Ru和它們的組合的元素。
36.如權利要求34的方法，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于選自Ru、Sn、Si、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb和Ce的氧化物、沸石、碳和它們的組合的載體上。
37.如權利要求33的方法，其中所述過氧化物分解催化劑包括選自Ag、Au、C的元素和它們的組合。
38.如權利要求37的方法，其中所述過氧化物分解催化劑裝載于碳上。
39.如權利要求33的組件，其中所述過氧化物分解催化劑是碳。
全文摘要
膜電極組件(10)包括含有氫氧化催化劑的陽極(12)、陰極(14)、位于陽極(12)和陰極(14)之間的膜(16)以及配置在選自陽極(12)、陰極(14)、在陽極(12)和膜(16)之間的層(18)和在陰極(14)和膜(16)之間的層(60)中的至少一個位置上的過氧化物分解催化劑，其中當暴露在過氧化氫中時該過氧化物分解催化劑對從過氧化氫形成良性產物的反應具有選擇性。該過氧化物分解催化劑置于膜(16)中。還公開了一種包括這樣的膜電極組件(10)的發電燃料電池系統和這種燃料電池系統的操作方法。
文檔編號H01M4/88GK1703791SQ03824948
公開日2005年11月30日 申請日期2003年8月21日 優先權日2002年9月4日
發明者N·E·西波利尼, D·A·康迪特, J·B·赫爾茨伯格, T·D·亞維, J·A·萊斯特拉, M·L·佩里 申請人:Utc 燃料電池有限責任公司