TWI362777B - Method of forming an electrode including an electrochemical catalyst layer - Google Patents

Description

1362777 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於形成含觸媒層之電極的方法，且特別是 關於利用咼分子包覆之貴金屬粒子組成之觸媒層形成電極 *'的方法、和以此電極製造電化學裝置的方法。 【先前技術】 近來由於染料敏化太陽能電池（Dye_sensitized s〇lar 1 cell ; DSSC)具有成為低成本儲能元件之潛力，使得它的發 展逐漸受到重視。傳統上，DSSC的陽極（ph〇t〇an〇de)是將 染料敏化奈米結晶半導體層沈積在銦錫氧化物（lndium tin —e; IT〇)或氟錫氧化物（Flu〇rine_d〇pe(i tm 〇xide; FT⑺ 玻璃上，陰極則疋採用錢鉑對極（c〇unterelect⑺心）。電解質 一般為在適當之介質中具碘與三碘離子的氧化還原對。第i 圖、會不DSSC &基本操作，其可總結成下述五個步驟：⑴ 在染料分子中發生光激發而產生電荷分離（如箭頭丨所 Γ、） （2)電荷（此處為電子）注入介孔（meS〇p〇r〇us)二氧化鈦 (2)的導電帶中’（3)電荷經負載（electronic load)至外部電 路（如箭頭2所示）；（4)透過電解質中的氧化還原對，染料還 ,、基匕、（如箭頭3所示）’·（5)在對極上藉由外部電路所獲得 的電荷還原氧化還原對(如箭頭4所示" SC中在對極上還原氧化還原對的反應可表示如 G +2e_ ~>厂 1362777 因為蛾離子負責將氧化態的染料分子重生，故上述還 原反心非常重要。一旦染料再生速度無法趕上染料氧化速 度（即電子由染料分子注入Ti〇2的導電帶中），將會嚴重影 響電池的整體轉換效能’甚至會使對極表面產生碘結晶。 在先則技術中，若直接在1TO或FTO玻璃表面與有機 溶劑接觸施行上述還原反應，三碘離子還原動力會變得非 常緩慢。故為了降低過電壓，觸媒材料會塗覆在IT〇或FT〇 玻璃的表面以加速反應進行。 目前為止，鉑為最普遍使用的觸媒材料。基於成本和 效率考量，現已發展出許多方式來形成薄的鉑層。濺鍍是 最常採行的方法。雖然此^法製造的^^電極具有良好的 效能，但其必須在超高真空環境下進行，以致成本始終居 南不下。 西 7L 2004 年 ’ papage〇rgi〇u 等人於，，c〇〇rrf c/?亂及⑼ 以5發表所謂之「加熱鉑簇觸媒（thermal叫如咖 catalyst)」的方法。此方法提供低的鉑負載（約、 良好之動力學效能（電荷傳輸阻力，RcT<〇 1Qcm2)、以及相 對於傳統鉑沈積方法（如濺鍍、電化學沈積）之機械穩定性。 西元2004年，王等人於μ”發表之文 獻更利用X射線光電光譜學研究加熱鉑簇觸媒的穩定性， 並且發現在加熱銘簇觸媒的過程中，鉑簇觸媒的表面會慢 ίλ及收峨，導致始族觸媒的效能減弱。儘管藉由再加熱處 理可再生觸媒效能’然而此方法需要加熱達380〇c，如此處 理不但耗費能量且不適於量產。 1362777 其他諸如碳和導電高分子的材料亦提出做為DSSC中 三峨離子反應的觸媒。這些新的材料通常需製作成較厚的 空隙層塗覆於基板上，才能獲得可接受的觸媒效果，而仍 處於初步研發的階段。 因此，DSSC相關的研究與開發技術莫不致力於進—步 降低成本及提高效能。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之一目的為提供利用高分子包覆之 貴金屬粒子組成之觸媒層來形成電極的方法，藉以減少責 金屬的用量。 本發明之另一目的為提供利用上述電極製造電化學裴 置的方法，藉以提高電化學裝置的效能。

根據本發明之一態樣，提出形成含觸媒層之電極的方 法，包含形成導電層於基板表^、調理基板表面 '將 浸泡至第二溶液中，且第二溶液包含由高分子包覆之 屬，藉以形成貴金屬觸媒層於基板表面、以及以 於約30(TC的溫度，熱處理貴金屬觸媒層。 氐 穴驭造電化學裝晋沾士 法，包含製作第一電極和第- ，方 雷極、m㊉ 弟-電極、組裝第-電極和第二 電極、以及注入電解曾妇丨贫 t ^ 电解質到第-電極與第二電極之 第一電極的製作包含提供具 ]，其中 、等電層之基板、調理其纪士 面、將基板浸泡至第-..六冰占 暴板表 m第一溶液中’且第二溶液 包覆之貴金屬，囍以裉士主田间刀子 /成貝金屬觸媒層於基板表面、以及 1362777 以實質上低於約300t之溫度加熱處理基板上的責金屬觸 媒層。 本發明提出之方法不但可減少貴金屬的用量及提高電 化學裝置的效能，且整體製程較傳統鍍膜方式簡單、又適 合量產。 【實施方式】

為讓本發明之上述與其他目的、特徵和優點變得更明 顯易懂’現將配合參照所附圖式詳加說明於下。 第2 A〜2D圖繪示依據本發明實施例形成含觸媒層之電 極的方法流程。首先參照第2A圖，提供一基板1〇1。基板 101之材料並無特殊限制，然做為太陽能電池之電極時較 佳為玻璃基板’但亦可為塑膠基板。基板1()1的表面形成 有導電層102’用以傳輸電荷。導電層一般為ιτ〇導電玻 璃、石墨 > 或金屬，例如為錄或不鏽鋼等—般使用之材質。 形成導電層的方法為熟悉此項技藝者所知，例如蒸鍵法或 減鍍法、或是塗覆法。 接著，清參照第2Β圖，調理（conditi〇n)導電層1〇2 表面。調理方式包括將基板⑻浸泡㈣）至含有界面活性 材科的第-溶液中’以於導電層1〇2的表面形成界面活性 層1〇3。界面活性材料較佳為陽離子型界面活性劑，最常使 用的材料為四級錄鹽。界面活性層主要是用來改變電極之 導電層的電性’以改善後續形成之膜層與導電〇 黏著性。 -LJ0Z//7 繼續參照第2C圖，再攻蔣其, 中。第-.m #-人將基板101浸泡至第二溶液 眉縣個由高分子包覆之貴金屬，且貴金 屬心洋为散於第二溶液。其拓丨…l 4基板101上之界面活性層Η)3吸 ’第-洛液t由高分子包覆之貴金屬，而於界面活性声⑻ =形成貴金屬觸媒層104。高分子所包覆的貴金屬通常 為帶負電團’此時界面活性材料最好採用陽離子型界面活 性劑’使由高分子包覆之貴金屬得以吸附於基板上。 在此將說明第二溶液的配製方法。此方法包括提供一 預構成貴金屬外圍之包覆層的高分子溶液，其中高分子溶 液可含有聚乙烯吡咯烷酮（pvp)、聚丙烯醯胺 (P〇iy(aCrylamide) ; PAM)、聚乙烯醇（p〇ly(vinyi ； PVAL)、聚丙烯酸（P〇ly(acrylic扣⑷；pAA)、或聚次乙亞 胺（卩〇1丫(以1^161^如1^);1^1)等高分子。接著，將貴金屬鹽 類之前驅物加入高分子溶液中。貴金屬較佳為鈀（pd)、鉑 (Pt)、釕（Ru)、銀（Ag)或金（Au)等適合做為還原反應催化劑 的材料。然後’加入貴金屬鹽類之還原劑於含有貴金屬鹽 類的南分子溶液中，使貴金屬鹽類得以還原成貴金屬粒 子。此時由於貴金屬粒子被高分子包覆’故可使奈米級貴 金屬均勻地分散於溶液。因而當基板1〇1浸泡於第二溶液 時’可形成由高分子包覆且均勻分布的貴金屬觸媒層。有 關高分子包覆金屬之製作方法可參見Hidefumi Hirai等人 在西元2001年發表於”高分子羌遠技術 Ji/vawcerf rec/moZogies厂之文「在金屬奈米粒之懸浮液中之 保護型咼分子（Protecting polymers in suspension of metal 1362777 nanoparticles)」，其一併附上供作參考。 用於上述方法之第二溶液的溶劑並無特殊限制，但溶 劑最好能溶解高分子，且具低彿點。 需注意的是，在第二溶液中高分子所佔重量㈣與貴 金屬所佔重量（MW)的比值（即PW/MW)_般較佳為^於 0.5:6之間。此乃因若高分子的含量過少，則第二溶二無 -法穩定懸洋粒子而有沉降之疑慮；反之若高分子的含量過 多，則觸媒效能會降低’亦即貴金屬無法發揮催化功能。 此將於後之實施例中詳細說明。 此 貴金屬粒子的粒徑分布一般為約1〇奈米（η叫至約 5—。利用均句分散的奈米級高分子包覆之貴金屬可形成 較薄的觸媒層，換言之，使用較少量的責金屬即 接受的觸媒效果。 浸泡基板UH至第二溶液中的操作溫度低於約5〇〇C。 較佳地，浸泡基板101至第二溶液中的步驟是在室溫下進 行。故在此提出之形成含觸媒層之電極的方法不需高溫製 5 ’因而可減低製作時對基板1〇1上導電層1〇2之：：的 〜響’並可有效控制電池效能。χ，相較於傳統如賤鑛等 錄膜方式’依據本發明實施例之方法所使用的設備和 作與控制方式均較簡易，因此f造成本較f 、 接者，請參照第2D圖，加熱處理第2C圖的電極，使 電極表面的所有或部分界面活性材料與高 =奈㈣責金屬粒子，在此進行之熱處理 比％知再生觸媒效能的溫度（即38〇。〇低，熱處理溫度 11 1362777 較佳為低於約300°C，而熱處理時間較佳為小於約％分鐘。 例如，以、約處加熱處理第2C圖中含觸媒層之電極刀二 分鐘。然熱處理溫度和時間可視界面活性劑種類高分子 種類、貴金>1種類、基板種類、t極構造、電池&構等加 以調整。施行熱處理後的電極具有較佳的效能，:將詳細 說明於後之實施例。 第3圖繪示依據本發明實施例利用上述電極製得的電 化學裝置》如第3圖所示’此電化學裝置包括陰極2〇卜陽 極202、位於陰極2〇 i與陽極2〇2之間的封裝膜2〇4、和電 解質203。電化學裝置包括任一會發生化學反應的裝置，特 別的例子包括任何種類之燃料電池、或太陽能電池。 以染料敏化太陽能電池為例，陰極2〇1或陽極2〇2、或 二者為使用上述第2A〜2D圖之方法所形成的含觸媒層之電 極。較佳地，陰極201為含觸媒層2〇8之電極。即電極包 含表面具有導電層的基板，|電層上具有界面活性層，同 時界面活性層還連結高分子包覆之貴金屬粒子，這些貴金 屬粒子經熱處理以做為電極之觸媒層2〇8。導電層較佳為 ITO導電玻璃、石墨、或諸如鎳或不鏽鋼等金屬。高分子為 聚乙烯吡咯烷酮（pvp)、聚丙烯醯胺（PAM)、聚乙稀醇 (PVAL)、聚丙稀酸（PAA)、或聚次乙亞胺（pEI)，而被高分 子包覆之貴金屬可為鈀、鉑、釕、銀或金等。 陽極（不具觸媒層之另一電極）較佳為包含透明導電玻 璃層205之基板，透明導電玻璃層2〇5可為銦錫氧化物 (ITO)、摻氟氧化錫（FT0)、摻銻氧化錫（AT〇)、摻鋁氧化鋅 12 1362777 (AZO)、摻鎵氧化辞（GZO)、或摻细氧化辞（IZ〇)。染料敏化 太陽能電池的陽極一般還包括Ti〇2層206形成於導電玻璃 層205表面，其中Ti〇2層206的表面附近更具有染料207。 有關染料敏化太陽能電池之陽極製作方法已於諸多習知技 藝中所揭示，在此僅稍作舉例，以便於了解。 常用於太陽能電池的染料例如包括下列分子式1、分子 式2刀子式3、和为子式4所表示的化合物，Nazeeruddin 等人在西元2003年於尸/CAem.”發表之文獻「染料敏 化奈米級一氧化欽太陽能電池的敏化吸收研究及質子對電 流與電壓的影響（Investigation of Sensitizer Adsorption and the Influence of Protons on Current and Voltage of a

Dye-Sensitized Nanocrystalline Ti〇2 Solar Cell)」更詳述染 料相關的特性與結構，其一併附上供作參考。

[分子式1][分子式2][分子式3][分子式4] 完成陰極201和陽極2〇2後，可藉由熟諸此技藝者所 知之方法組裝電極，以構成電化學裝置。在一實施例中， 將封裝膜204夾設在陰⑯2〇1與陽⑯2〇2 t間，隨後注入 電解質203於其内。本發明實施例對封裝膜並無特殊限制， 但較佳為在低溫下即可進行熱縮合的高分子膜。特別是， 13 1362777 在製造電化學裝置的過程中， 最 τ 7視敢終產品之製程和預期 之品質來決七主人電解質的時機。即，電解f可在組裝電 化學裝置前、或在組裝電化學裝置的最後步驟注入。 較佳會施你丨 下將詳述本發明之較佳實施例。應理解下述實施例 僅為說明本發明，本發明之精神和範圍並不限於此。 實施例1:製作含觸媒層之電極和具此電極之太陽能電池 [製作陰極/對極] 合成聚乙烯吡咯烷酮（p〇ly(N_vinyl_2_pyrr〇Hd〇ne ; pvp) 包覆之鉑奈米粒子是先將〇1克化）之pvp分子（分子量 (MW)=8000)溶於44毫升（mL)之去離子水中，並在室溫下攪 拌。再以0.2g之HJtCU做為前驅物加入先前製備的Pvp /谷液’故溶液所含之高分子重量與貴金屬重量的比值約為 1.1。隨後緩慢加入5mL的還原劑（0.5M NaBH4溶液）。此時 燒杯内的溶液會快速地由鵝黃色轉變為黑色，表示已生成 奈米級翻金屬粒子。整個製作過程是在室溫下進行，共需 約3 0分鐘。 另將乾淨的ITO玻璃板（20Ω/〇)浸入含1%界面活性劑 (ML-371 ’ 由依希特化公司（Rockwood Electrochemicals Asia Ltd·)提供）的浴槽中，其溫度為60。〇歷時5分鐘，以於ITO 玻璃板上形成界面活性層。此界面活性劑已廣泛應用於印 刷電路板工業做為接枝劑。界面活性劑在此之功能主要為 改變ΙΤΟ玻璃板表面的電性，使ΙΤΟ玻璃板表面呈正電性。 以去離子水洗滌後，將已形成界面活性層之ΙΤΟ玻璃板浸 1362777 入上述配製的PVP包覆之銘奈米粒子懸浮液中5分鐘，使 帶負電的PVP包覆之鉑奈米粒子吸附至IT0玻璃板，而在 界面活性層上形成觸媒層。最後以去離子水洗滌，並在空 氣中乾燥。 [製作陽極/工作電極] 將0.036g之染料（Ν-719,由Solaronix公司提供，如上 列分子式2所示）溶於50ml之氰甲烷、25ml之第三丁醇與 25ml 之乙醇的混合溶液（acetonitrii : t_butan〇1 : ethan〇l=2 : 1 : 1)中’以配製濃度為3mM的染料溶液。 將TiOVITO玻璃板（由澳大利亞Dyes〇l公司提供）裁切 成2公分（cm)x2cm，其中Ti〇2的表面積為〇 5cmx〇 5cm。 在電熱爐中以550oC燒結1 〇分鐘’以加強内連性。接 著將TiOz/ITO玻璃板沉浸至上述配製之染料溶液中丄小 時，且在40°C下持續攪拌溶液，使Ti〇2表面吸附染料。最 後以氰曱烷清洗之。 [組裝電池] 電池的組裝方式包括堆疊上述製得之陰極與陽極和封 裝膜，其中封裝膜夹設在陽極與陰極之間，隨後並加熱達 約100°C及施予加壓黏合。封裝膜中央為供電解質填充的 鏤空區域。此封裝膜為由S〇lar〇nix公司提供的sxii7〇_h 熱塑膜，厚度為25微求（μηι)。隨後注入電解質至陰極與陽 極間的鏤空區域，以提供電池。電解質是以3-甲氧基丙腈 (3-meth〇Xypr〇Pi〇nitrile; ΜΡΝ)為溶劑，溶有 〇 6μ 之卜二 & -2,3-^ f & ^ 〇-pr〇pyl-2,3-dimethylimidazolium ; 15 1362777 DMPII)、0.1M 之峨化鐘（UI)、0.05M 之蛾、和 0.5M 之 4-叔丁 基吡啶（4-tert-butylpyridine ; TBP)。 實施例2:製作含觸媒層之電極和具此電極之太陽能電池 本實施例為複製實施例1提供的染料敏化太陽能電 •池’除了在製作陰極時，以〇.5g之PVP和〇.2g之H2PtCl6 配製PVP包覆之鉑奈米粒子懸浮液。 實施例3:製作含觸媒層之電極和具此電極之太陽能電池 本實施例為複製實施例1提供的染料敏化太陽能電 ® 池’除了在製作陰極時，以2g之PVP和〇.2g之H2PtCl6配 製PVP包覆之鉑奈米粒子懸浮液。 實施例4:製作含觸媒層之電極和具此電極之太陽能電池 本實施例為複製實施例1提供的染料敏化太陽能電 池，除了在製作陽極時，將Ti〇2膠（由澳大利亞Dyesol公 司提供）網印在ΑΤΟ上，其中Ti〇2的表面積為lcmX〇 5cm。 實施例5:製作含觸媒層之電極和具此電極之太陽能電池 本實施例為複製實施例4提供的染料敏化太陽能電 •池’除了在製作陰極時’進一步施以約27(TC之溫度，熱處 理電極約1 〇分鐘。 對照實施例1 : 本實施例為重複提供染料敏化太陽能電池，除了陰極 的製作是利用傳統的濺鍍法獲得觸媒層。意即在製作對極 時’乾淨的ITO玻璃板（20〇/口）乃直接在濺鍍機台中沈積一 層厚度至少為丨00nm的鉑金屬薄膜。 試驗實施例1 : 16 1362777 本試驗實施例係用來分析電極之觸媒層的負載量，採 用樣品為依據實施例2獲得之電極、和以傳統方法製得之 對照實施例1的電極做為對照組。 利用感應耦合電漿原子發射光譜儀（Inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy ; ICP-AES)分 析單位面積的鉑含量發現，依據實施例2獲得之電極的負 載量為4.89pg/cm2,對照實施例1獲得之電極的負載量則為 200pg/cm2。明顯地，本發明實施例提出之方法所使用的翻 • 金屬量比傳統方法少。此乃因調理基板之步驟可有效沉積 尚分子包覆之貴金屬粒子於基板表面而形成超薄層，即界 面活性處理步驟可修改ITO玻璃表面，以促進IT〇玻璃與 PVP包覆之鉑粒子間的黏著效果。 試驗實施例2 : 本試驗實施例係用來評估電極中三價碘還原的觸媒效 果’採用樣品為依據實施例2獲得之電極、和以傳統方法 製得之對照實施例1的電極做為對照組。測試前須製作對 •稱之測試單元，其與實施例2之電池製作幾乎相同，除了 陽極以陰極替代。故測試單元是由兩個完全相同的對極構 成，對極的製作方法與實施例2的陰極製作方法相同。 在5mV之交流電壓下，利用AUTOLAB Ρΐ〇之怪電位 儀（potentiostat)量測電化學阻抗圖譜（electr〇chemieai impedance spectroscopy; EIS)’ 其範圍介於 5〇 仟赫（kHz) 至0.1Hz之間。耐奎斯特圖（Nyquist pl〇t)表示三段清楚可辨 的電阻，從左向右依序為串聯電阻（Rs)、電荷傳輸電阻 17 1362777 (Rct)、和能斯特擴散電阻（R>d)，Rct值代表電極的觸媒效 果。第4圖顯示含有PVP包覆之鉑粒子之電極的rct值為 5.66Qcm2，而對照實施例1的RCT量測值為1〇 8Ω〇πι2(未繪 示）。因此，依據本發明提出之方法實施例形成觸媒層的觸 媒效果優於傳統藏錢法。 試驗實施例3 : 本試驗實施例係用來評估染料敏化太陽能電池的效 能’採用樣品為依據實施例1〜3獲得之電池、和以傳統方 籲 法製得之對照實施例1的電池做為對照組。 利用AUTOLAB P10之’|·亙電位儀及使用太陽光模擬器 (Newport solar simulator AMI .5，100mW/cm2)照射掃描，可 得染料敏化太陽能電池的電流-電壓圖，其是以每秒5mV之 掃描速度從電池開路電壓V〇c掃描到零電壓。掃描結果如 第5圖所示。數據結果列於表丄，其中FF為填充因子⑺^ factor)，neff為光電轉換效率，二者分別依方程式^與2計 算而得。 ® Fp - Pmax

Voc^hc [方程式1] 其中’ pMAX為掃描電壓下之最大功率，v〇c為開路電 壓，1SC為短路電流。

= ^max _ V〇c 父 I sc x FF eff p … ^~ r [方程式2] 其中，P丨N為太陽光模擬器之輸入功率，即1〇〇mW/cm2。 從表1可知，實施例i之效能已達傳統㈣法的9〇% 以上’因觸媒效果較佳，故其voc和Isc皆可媲擬、甚至高 18

電池内阻，導致FF :=:::=r 高

試驗實施例4 : ，式驗實錢的目的和施行方式類似試驗實施例2，除 了樣°°為採用依據實施例4〜5獲得之電極，其電化學阻抗 圖°曰如第2 6圖所示。®中顯示，實施例4之電極的RcT值為 38.3QCm2 ’而實施例5之電極的Rct值為〇.56Ωοηι2。此表 不根據本發明實施例進行低溫熱處理（實質上低於約300。〇 電極後，可增進觸媒層的觸媒效果。 試驗實施例5 : 本試驗實施例的目的和施行方式類似試驗實施例3，除 了樣品為採用依據實施例4〜5獲得之電池。掃描結果如第7 圖所示’其中開路電壓、短路電流與光電轉換效率列於表 2。由此數據可知，整體而言，使用經熱處理之電極所製作 的電池具有較佳的效能。 1362777 表2 對極 V〇c (V) Isc (mA/cm2) FF ηείΚ%) 實施例4 0.61 5.88 0.59 2.1 實施例5 0.58 6.73 0.61 2.4 各種可用於染料敏化太陽能電池之對極的比較列於表 3 ’文獻1為Hauch等人在西元2001年發表於”雲允學學禮 (Έ/eciroc/n’m. 乂以幻，茗Μ勒，茗W57夏，，之文「染料敏化 太陽能電池的電解質擴散與鉑電極之電荷傳輸反應 (Diffusion in the electrolyte and charge-transfer reaction at the platinum electrode in dye-sensitized s〇lar cells)」所提供 的數據，其與對照實施例1的條件相同，除了鉑觸媒層的 濺鍍厚度為3nm。從表3可知，本發明實施例2之電極具有 較低的Pt負載量和可接受之RCT值。 表3 鉑電極型態 鉑負载量 RCT 電解質 ----— | 操作溫度 (pg/cm2) (Qcm2>i 溶劑 實施例2 4.89 5.66 MPN -V ^ ) 1 Λ Λ 加熱翻奈米箱 5 <1 NMO "l O A 文獻1 6.44 57 MPN «3 Ο W —------- 按賤錄時 對照實施例1 〜200 10.8 MPN 'J 1,1 J >r ~~'~~~^ 按趟链時 Pal vfh ^ ihJ HTj λ --- 20 1362777 工業應用 上^可見’本發明提出以浸泡方式形成含高分子包 覆之“貴金屬粒子做為電極之觸媒層的方法可減少主 金屬的用f ’若再施以熱處理則更可提高電化學裝置的效 能。此外’整體製程不需執行高溫步驟（浸泡步驟可在低於 約50T：進行，熱處理可在低於約綱。c進行），不僅操作簡 便、又能降低成本。若欲進行大量生i，此技術之 顯而立見。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，，然其並非用以 限=本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係依據習知技術之染料敏化太陽能電池的基本 操作示意圖； 第2A〜2D圖係依據本發明實施例形成含觸媒層之電極 的流程示意圖； 第3圖係依據本發明實施例之電化學裝置的立體示意 圖； 第4圖係依據實施例2之陰極組成之測試單元的電化 學阻抗圖譜； 第5圖係依據實施例1〜3和對照實施例1製得之電池 21 1362777 的電流-電壓圖； 第6圖係依據實施例4〜5之陰極組成之測試單元的電 .化學阻抗圖譜；以及 -第7圖係依據實施例4〜5製得之電池的電流電壓圖。 【主要元件符號說明】 南分子包覆之貴金屬 陰極 101 基板 103 界面活性層 104a 貴金屬粒子 202 陽極 204 封裝膜 206 Ti〇2 層 208 觸媒層 1、2、3、4 箭頭 102 導電層

104 201 203 電解質 205 導電玻璃層 207 染料

Claims (1)

1. U62777 100年12月26日修正替換頁 十、申請專利範圍： I -種形成含觸媒層之電極的方法，該方法包含： 形成一導電層於—基板之一表面； s理該基板之該表面，浸泡該基板至一含有一界面活 料的第/合液中，以形成一界面活性層於該導電層上； 八配製-第二溶液’纟中該第二溶液包含複數個由一高 刀子包覆之貴金屬分散於該第二溶液； β泡該基板至該第二溶液中，藉以形成一貴金屬觸媒 層於該基板之該表面上；以及 以實質上低於戰之一溫度’熱處理該表面上的該貴 金屬觸媒層。 2·如申請專利範圍帛i項所述之方法，其中浸泡該基 板至該第二溶液中包含使該導電層上之該界面活性層吸附 该些由該面分子包覆之責金屬，以形成該責金屬觸媒層於 該界面活性層上。 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中配製該第 二溶液包含·· 提供一預構成包覆層的高分子溶液； 加入一貴金屬鹽類之前驅物至該高分子溶液中；以及 加入一還原劑至含有該貴金屬鹽類的該高分子溶液 中，使該貴金屬鹽類還原為一貴金屬粒子。 1362777 100年丨2月26曰修正替換頁 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中浸泡該基 板至該苐二溶液中包含在低於50°c之一操作溫度下進行。 5-如申請專利範圍第】項所述之方法，其中熱處理該 表面上的該責金屬觸媒層包含加熱處理30分鐘以下。 6.如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該貴金屬 觸媒層包含鈀、鉑、釕、銀或金。 7_ 一種形成含觸媒層之電極的方法，該方法包含： 提供一具有一導電層之基板；， 浸泡該基板至一含有一界面活性材料的第一溶液令， 以形成一界面活竿層於該導電層上； 浸泡該基板至-第二溶液中，其中該第二溶液包含複 數個由—高分子包覆之貴金屬，且該基板上之該界面活性 ::附該些由該高分子包覆之貴金屬，而形成一貴金屬觸 媒層於該界面活性層上；以及 以實質上低於3001之一、庠，备士 人節 皿度，熱處理該基板上的該貴 金屬觸媒層30分鐘以下。 更包含配製該 8.如申請專利範圍第7項所述之方法 第二溶液，配製方法包含： 提供 加入 一預構成包覆層的高分 一貴金屬鹽類之前驅物 子溶液； 至該高分子溶液中 以及 Z 1362777 100年12月26日修正替換頁 加入一還原劑至含有該責金屬鹽類的該高分子溶液 中’使該責金屬鹽類還原為一貴金屬粒子。 9·如申請專利範圍第7項所述之方法，其中浸泡該基 板至該第二溶液中包含在低於5(TC之一操作溫度下進行。 10.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該貴金屬 為鈀、㉟、釕、銀或金，而該高分子為聚乙烯吡咯烷酮 (pVP)、聚丙㈣胺（PAM)、聚乙稀醇（pvAL)、聚丙稀酸（pAA) 或聚次乙亞胺（PEI)。 11· 一種製造電化學裝置的方法，該方法包含： 製作一第一電極，包含： 提供一具有一第一導電層之第一基板； 浸泡該第一基板至一今古—s t 中 土极主s有一界面活.性材料的第一溶液 以形成一界面活性層於該第一導電層上； 次泡έ亥第一基板至一第_、玄游Φ 示一岭液中，其中該第二 含複數個由-高分子包覆之貴金屬’使該第_導電層上之 該界面活性層吸㈣些㈣高分子包覆之貴金^， 該第一貴金屬觸媒層於該界面活性層上；以及 基板上的 以實質上低於30(TC之—溫度，熱處理該第 該第一貴金屬觸媒層； 製作一第二電極； 組裝該第一電極和該第二電極；以及 ?5 1362777 100年丨2月26日修正替換頁 注入一電解質到該第一電極與該第二電極之間。 12. 如申請專利範圍第u項所述之方法，其中在製作 s第電極中，熱處理該第一基板上的該第一貴金屬觸媒 層包含加熱處理30分鐘以下。 13. 如申請專利範圍第n項所述之方法，其中在製作 該第一電極中，浸泡該第一基板至該第二溶液中包含在低 於5 (TC之一操作溫度下進行。 14. 如申請專利範圍第U項所述之方法，其中製作該 第一電極更包含配製該第二溶液，配製方法包含： 提供一預構成包覆層的高分子溶液； 加入一責金屬鹽類之前驅物至該高分子溶液中；以及 加入一還原劑至含有該貴金屬鹽類的該高分子溶液 中，使該貴金屬鹽類還原為一貴金屬粒子。 1 5.如申請專利範圍第丨丨項所述之方法，其中製作該 第二電極包含： 提供一具有一第二導電層之第二基板； 浸泡該第二基板至一含有一界面活性材料的第r溶液 中，以形成一界面活性層於該第二導電層上； 浸泡該第二基板至一第四溶液中’其中該第四溶液包 含複數個由一高分子包覆之貴金屬，且該第二基板上之該 1362777 丨〇〇年12月26日修正替換頁 界面活性層吸附該些由該高分子包覆之貴金屬而形成— 第二貴金屬觸媒層於該界面活性層上；以及 熱處理該第二基板上的該第二責金屬觸媒層。 16.如申請專利範圍第u項所 第二電極包含： <方法’其中製作該 形成一導電破璃層至一第二基板上；以及 形成-含染料之二氧化鈦層於該導電坡璃層上。 17·如申請專利範圍第"項所述之方法， 第一電極和該第二電極包含： 裝該 設置-封裝媒於該第一電極與該第二電 黏合該第-電極、該封裝膜、和該第二電極：’以及 r