TWI404258B - 具有改良壽命特性之電極觸媒以及使用該觸媒之燃料電池 - Google Patents
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Description
本發明係關於一電極觸媒，可提供一具有更長壽命特性之燃料電池，其可避免金屬觸媒之成分因溫度變異造成之粗化(coarsening)，且不影響其電化學品質。同時，本發明關於一種製備此電極觸媒之方法，以及含有此電極觸媒之燃料電池的方法。
近來，關於燃料電池的研究更多且更積極，由於燃料電池係一種無污染的乾淨能源，因此引領新世代的能源，且可代替其他現存之能源。燃料電池的概念是使用氫與氧反應所產生之電子。燃料電池可定義為一種電池，其可藉由化學能的轉化而製造出直流電，可衍生自一種燃料氣體，包括氫氣，以及一氧化劑，包括氧氣之化學反應，而直接造成電能。不同於一般電池，燃料電池係利用燃料與外界提供之空氣來產生電力。燃料電池界驅動條件可分類為：磷酸燃料電池、鹼性燃料電池、質子交換膜型燃料電池、溶融碳酸鹽型燃料電池、直接甲醇燃料電池、以及固體電解質燃料電池。具體說明，質子交換膜型燃料電池(PEMFC)具有高能量密度，且可於室溫下使用，因此在可攜式電源領域中很受歡迎。
於質子交換膜型燃料電池(PEMFC)中，產生於陽極之質子，透過一聚合物電解質膜移轉到陰極，因此經由氧與電子之結合而形成水。PEMFC利用的是此時所產生之電化學能。由於PEMFC於一低溫下驅動，因此當與其他燃料電池相比較，其效果相對較低。因此，鉑－支持之碳常於PEMFC中用以做為觸媒，以增進燃料電池之效能。事實上，使用鉑－支持之碳觸媒，與使用其他金屬支持觸媒之燃料電池相比，其具有顯著的品質提升。
然而，因為質子交換膜型燃料電池所使用之鉑－支持碳觸媒，其上之鉑係支持於一僅僅數奈米之大小的支持物上，因此，當電化學反應進行時，觸媒就不穩定，並產生鉑奈米顆粒的粗化(coarsening)。此鉑奈米顆粒的粗化現象，逐漸的造成鉑奈米顆粒的表面積驟減。此也對於燃料電池之品質產生不良之影響。
因此，為了克服上述缺點而揭示本發明。本發明之發明人發現，當將一具有可避免金屬或金屬合金顆粒粗化之化合物，塗覆及/或分佈於一支持物上，例如鉑或含鉑顆粒上，具有催化活性成分之間隙，及/或支持物與金屬顆粒之接觸位置上時，其可在不影響一燃料電池之電化學品質下，避免電極觸媒的粗化，並進而改善此燃料電池之壽命。
因此，本發明之一目的係在提供一具備穩定結構而具有優異之長壽命的電極觸媒，一製備此電極觸媒之方法，以及一包含此電極觸媒之燃料電池。
本發明之一目的係在提供一製備方法，其可增進金屬觸媒成分之結構穩定性，可預防此於金屬觸媒成分在一支持物上發生之粗化。
根據本發明之一態樣，其提供一種電極觸媒，包括：(a)一支持物；(b)金屬觸媒顆粒，係支托於一支持物上，且由一催化活性金屬或含金屬之合金所形成；以及(c)一抗粗化化合物，其係分佈於至少一選自下列群組之位置：金屬觸媒顆粒間之間隙，及支持物與金屬觸媒顆粒間之接觸位置，且其粗化溫度高於金屬觸媒之粗化溫度。此外，本發明提供一製備此電極觸媒之方法，一含此電極觸媒之膜電極組件(MEA)，以及一燃料電池，較佳的是一含此膜電極組件之質子交換膜型燃料電池(PEMFC)。
根據本發明之另一態樣，其係提供一方法，以避免支托於一支持物上且由一催化活性金屬或含金屬之合金所形成之金屬觸媒顆粒發生粗化。此方法包括：將一具有粗化溫度高於金屬觸媒之抗粗化化合物，分佈於至少一選自下列群組之位置：金屬觸媒顆粒間之間隙，及支持物與金屬觸媒顆粒之接觸位置。
接著，以下將更詳細敘述本發明。
根據本發明敘述，一粗化溫度高於金屬觸媒之化合物(抗粗化化合物)，係分佈於用於燃料電池之電極觸媒(如，鉑－支持之碳)上，其中此化合物係分佈且塗覆於特定之位置，可抑制金屬觸媒顆粒的粗化現象，此特定之位置包括金屬觸媒顆粒間之間隙，及支持物與金屬觸媒顆粒間之接觸位置(見圖1)。「粗化溫度」一詞係指結晶顆粒開始成長之溫度。
藉由上述本發明之優點，可達成下述功效。
一習用之催化活性成分，包括一金屬，如鉑，多以一具數奈米之直徑的顆粒形式存在，以透過較高之表面積呈現優異之催化活性。此類催化活性成分顆粒在電化學反應進行時較不穩定，因此造成所謂包括顆粒聚結(agglomeration)的粗化現象。此粗化現象造成反應所需之觸媒顆粒的表面積驟減，使得利用此觸媒之燃料電池的品質降低。為解決此一問題，可將一特定化合物(抗粗化化合物)加入觸媒顆粒的表面。然而，這類抗粗化化合物出現於觸媒顆粒的表面，造成金屬觸媒顆粒間電阻的增加，以及對金屬觸媒顆粒之質子導通性的減少。除此之外，用以進行催化反應之金屬觸媒顆粒表面，被抗粗化化合物毒化，且觸媒呈現出較少之反應表面，造成燃料電池品質之降低。
另一方面，根據本發明之敘述，抗粗化化合物並不塗覆於催化活性顆粒之表面，而是在塗覆及/或分佈於特定位置上以抑制金屬觸媒顆粒高度粗化，特定位置包括金屬觸媒顆粒間之間隙，及支持物與金屬觸媒顆粒之接觸位置。因此，即使催化活性顆粒在電化學反應過程中變得不穩定，其也可抑制金屬觸媒顆粒的粗化。據此，可提升電極觸媒之熱穩定性與結構穩定性，以減小燃料電池的品質降低，並增加燃料電池的壽命。事實上，可藉由本發明下述之實施例，證明催化活性金屬或金屬合金奈米顆粒的粗化現象可顯著的被降低。
(1)根據本發明之抗粗化化合物，其均勻分佈於電極觸媒之間隙，例如，由催化活性金屬或含金屬之合金金屬觸媒顆粒形成，支托於一支持物上之金屬觸媒顆粒，及/或支持物與觸媒顆粒間之接觸位置，以增進電極觸媒之結構穩定性，其包括任一化合物，其粗化溫度高於由催化活性金屬或含金屬之合金金屬所形成之觸媒顆粒，其他並無特別限制。例如，大多數貴金屬元素之初始粗化溫度約為300℃或更低，因此導致燃料電池的品質降低，壽命減短。因此，抗粗化化合物之粗化溫度較佳至少為300℃。
(2)此外，較佳抗粗化化合物對於催化活性不致降低，即，貴金屬或含金屬合金之粒子的電化學品質。具體而言，較佳之抗粗化化合物對於觸媒支持物，比對於金屬觸媒之成分，更具有高親和性。
在此，「親和性」一詞係指抗粗化化合物之沈積(塗覆)之程度。換句話說，因碳與其金屬(如，鉑)顆粒具有不同親水性與氧化還原能力，對於這些表面具備不同親合程度，呈現出不同之電化學特性之抗粗化化合物，可選擇性的存在特定位置，以取代原金屬之表面，這些特定位置包括金屬觸媒顆粒間之間隙，及支持物與金屬觸媒顆粒間之接觸位置。
具備上述特性之化合物之無限制，包括：金屬磷酸鹽、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氟化物、金屬碳化物、或其類似物，其中金屬包括一本領域中習用之金屬，例如，一鹼性金屬，一鹼土金屬，一週期表中第13族之金屬，一週期表中第14族之金屬，一過渡金屬，及其類似者。
具體之化合物包括以磷酸鋁為主之化合物、鋯氧化物(zirconium oxide)、鈰氧化物(cerium oxide)、矽氧化物、鋁氧化物或其混合物。在這些化合物中，金屬磷酸化合物為絕緣物，其結構較為鬆散，且厚度較小，因此不會干擾材料之擴散，且對於電極觸媒中電化學品質之降低影響較小。
抗粗化化合物係分佈於具催化活性之金屬或含金屬之合金顆粒的表面，金屬觸媒顆粒間之間隙，及/或支持物與金屬觸媒顆粒間之接觸位置。為了有效的避免金屬觸媒顆粒之粗化，抗粗化化合物較佳係分佈於金屬觸媒顆粒間之間隙，及/或支持物與金屬觸媒顆粒間之接觸位置。分佈於上述位置之化合物外型與厚度並無特別限制，而外型與厚度可控制在避免金屬或含金屬之合金顆粒粗化的範圍中。較佳的是，分佈之抗粗化化合物之厚度約為1~5nm。
根據本發明，形成電極觸媒之主要催化活性成分並無特別限制，只要其允許氫原子氧化，或氧原子之還原。催化活性成分(b)包括任一習知之金屬或含金屬之合金。較佳的是，例如鉑(Pt)或含鉑合金之貴金屬。於此，與鉑形成合金之金屬無限制，可包括：釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、銥(Ir)、鋨(Os)或其混合物。
雖然金屬觸媒顆粒之尺寸(顆粒直徑)並無特別限制，但其尺寸較佳為1~10nm，更佳的是1.5~5nm。此外，含催化活性之金屬顆粒電極觸媒可支托於一習用之支持物。只含金屬的電極觸媒亦包含於本發明範疇中。
根據本發明所述，形成電極觸媒之支持物(a)係用以使貴金屬觸媒充分分散於支持物最廣之表面，並增加物理特性，包括熱與機械等單獨使用金屬觸媒所無法獲得的特性。例如，金屬觸媒可塗覆於目前習用由微粒所形成之支持物。然而任何上述之外的塗覆方法皆可適用於本發明。其他適用於本發明之具體實例包括多孔性碳、傳導性聚合物或金屬氧化物。
根據本發明，作為支持物之多孔性碳包括活性碳、碳纖、石墨纖維或奈米碳管，且本發明適用之傳導性聚合物包括乙烯咔唑(polyvinyl carbazole)、聚苯胺(polyaniline)、聚咇咯(polypyrrole)或其衍生物。此外亦可使用至少一種由下列氧化物所組成之金屬氧化物：鎢、鈦、鎳、釕、鉭以及鈷。
雖然支持物之尺寸並無特別限制，但支持物較佳尺寸為0.01~10μm，且更佳為0.05~0.5μm。
除了電極觸媒上之特定位置均勻分佈於抗粗化化合物之外，電極觸媒可利用習知方法獲得。根據本發明一製備電極觸媒的方法的一實施例步驟包括：(a)分散或溶解一具粗化溫度高於催化活性金屬或含金屬合金之抗粗化化合物於一溶劑中，以提供一分散液或溶液；(b)加入一支持物於步驟(a)所得之分散液或溶液中，以支托由催化活性金屬或含金屬之合金所形成之金屬觸媒顆粒，藉此塗覆上分散液或溶液，接著乾燥之；以及(c)熱處理由步驟(b)所得之乾燥產物。
(1)首先，準備一塗覆溶液，分散或溶解一具備粗化溫度高於催化活性金屬或含金屬合金的化合物。在此所指之塗覆溶液包括溶液或一均質化分散液。
本方法適用之抗粗化化合物與前述相同。至於溶劑，任一可溶解或分散上述化合物之溶劑均可使用，較佳是蒸餾水。例如，塗覆溶液可藉由溶解一以磷酸鋁為主之化合物，或各含鋁與磷酸之前趨化合物，如硝酸鋁(Al(NO3
)3 .
9H2
O))以及磷酸銨，於一蒸餾水中。
(2)接著，支持金屬觸媒顆粒之支持物加入塗覆溶液中，以使其塗覆上塗覆溶液，接著乾燥之。
支持催化活性金屬或含金屬之合金之支持物，可利用習用之任一方法製備得，例如一沈澱方法或一膠體方法。其方法並無限制，例如，加入一催化活性金屬前趨物或一含金屬前趨物之化合物，並與將一支持物分散於一溶劑之一支持物分散液一起反應，選擇性的與一還原劑以及一pH調整劑，接著將反應之粉末進行乾燥。
當支持觸媒顆粒－之支持物加入塗覆溶液(分散液或溶液)，金屬觸媒顆粒與抗粗化化合物較適合之莫耳比為1~5：1，較佳為2~3：1。如莫耳比少於1：1，金屬觸媒顆粒的分佈數量相當低，因而提供較低之催化活性。換言之，當抗粗化化合物濃度過高，化合物可能連金屬觸媒顆粒之表面都會出現，除了適於抑制於適當溫度下顆粒粗化之特定位置外，即，金屬觸媒顆粒之間隙，及/或支持物與金屬觸媒顆粒間之接觸位置。因此，於本例中，抗粗化化合物出現於金屬觸媒顆粒之表面，將導致如上述之問題，並會引發一燃料電池的品質下降，這些問題包括觸媒顆粒間之電阻增加，質子傳導至金屬觸媒顆粒表面之現象減少，以及觸媒反應表面積的減少。假如莫耳比大於5：1，則與抗粗化化合物相比，金屬觸媒顆粒存在之量更大。因此，無法充分獲得抗粗化之功效。
塗覆之方法可以利用相關領域中任一習知之方法進行。此外，乾燥之方法沒有特別限制，然而，較佳的是將塗覆之觸媒顆粒於90℃或更低之溫度下乾燥數小時，以使塗覆溶液中之蒸餾水可完全蒸發。
(3)根據本發明，在抗粗化化合物分佈在支持於一支持物之催化活性金屬或含金屬合金顆粒的表面，或顆粒間之空隙到一預設厚度之後，將電極觸媒以熱處理以完全使電極觸媒之結構穩定。
上述熱處理可進一步穩定在電極觸媒中之抗粗化化合物的結構，以及抗粗化化合物與支持物間之結合。此外，此熱處理更可達到移除在電極觸媒使用時，可能抑制電化學反應之微量的不純物。於此，熱處理步驟可以任一溫度進行，沒有特定限制，只要溫度低於由催化活性金屬或含金屬之合金形成的金屬觸媒顆粒開始粗化之溫度即可。例如，熱處理步驟可於110℃至300℃之溫度範圍中進行2~4小時。
根據本發明，製備電極觸媒的方法包括使用一塗覆溶液，以及包括需要一相對短的熱處理時間之簡單步驟，所以此方法可輕易的應用於一現存步驟，並可於降低成本下施行。
根據本發明之另一態樣，係提供一燃料電池之電極，其包括上述之電極觸媒。
燃料電池之電極包括一氣體擴散層以及一觸媒層。其亦可僅包括一單獨的觸媒層。另一方面，其可將一觸媒層結合形成一氣體擴散層。
根據本發明，燃料電池之電極可以任一於本領域中習用之方法製備。於此方法之一實施例中，將電極觸媒與含高質子傳導性聚合材料之觸媒油墨、以及一可提升觸媒中分散液之混合溶劑混合，以提供一漿料。接著，將漿料以印刷、噴灑、滾筒或一刷塗步驟，塗覆於一碳紙上，並乾燥之。
根據本發明之另一態樣，係提供一燃料電池之膜電極組件(MEA)，其包括：(a)一含第一觸媒層之第一電極；(b)一含第二觸媒層之第二電極；以及(c)一插置於第一電極與第二電極之電解質膜；其中第一觸媒層與第二觸媒層之一或二者，包括有本發明所述之電極觸媒。
第一與第二電極中之一，為一陰極，另外則為一陽極。
膜電極組件可在電極組件中，在燃料與空氣之間進行電化學反應，而聚合物膜則是進行質子傳遞。膜電極組件為一獨石單元(monolithic unit)其具有一與電解質膜連接之觸媒電極。
於膜電極組件中，每一陽極與陰極之觸媒層係與電解質膜接觸。MEA可藉由任一習知之方法製備，例如，電解質膜係插置於陽極與陰極之間形成之一組件。其次，此組件係插置於二熱板間之間隙，此熱板是在溫度維持約140℃時以液壓操作，加壓以進行熱壓。
電解質膜無特別限制，只要是具質子傳遞，且機械強度足以允許成膜，並具高電化學穩定性的材料皆可。電解質膜包括但不限於：四氟乙烯與氟乙烯醚之聚合(tetrafluoroethylene－co－fluorovinyl ether)，其中氟乙烯醚基團可進行質子傳遞。
根據本發明之另一態樣，可提供一包含上述膜電極組件之燃料電池。
形成燃料電池之所有材料，除了根據本發明之電極觸媒之外，均是目前習用於燃料電池之材料。特別是使用於質子交換膜型燃料電池之材料較佳。同時，製作燃料電池的方法並無特別限制，此燃料電池可藉由上述膜電極組件進行製作，其包括一陰極、一陽極、以及包括一以含活性層之電極觸媒塗覆之電極的膜電極組件，與一於本領域中習用之雙極板。
較佳的是，燃料電池為質子交換膜型之燃料電池(PEMFC)，其可進行氧氣的還原以及氫氣的氧化，但並不以此為限。
本發明更提供一方法，可避免支托於一支持物上且由催化活性金屬或含金屬之合金金屬所形成之金屬觸媒顆粒，發生粗化之現象，此方法包括：分佈一粗化溫度高於金屬觸媒之抗粗化化合物，於至少一由下列接觸位置組成之群組：位於該金屬觸媒顆粒間之間隙，及該支持物與該金屬觸媒顆粒之間。
事實上，可由下述實施例觀察到，催化活性金屬或含金屬合金之顆粒，甚至可於一增加之溫度下避免粗化現象之發生。
本發明的實施例將詳述於下。接下來的實施例僅作為例證，且本發明的範圍係不限於此。
將磷酸鋁加入一特定量之蒸餾水，將此混合物攪拌均勻以溶解其中之磷酸鋁。接著，將硝酸鋁加入混合物中，攪拌均勻。此時，磷酸鋁與硝酸鋁之重量比為0.38：1。反應進行時，以磷酸鋁為主之化合物形成時，一白色之塗覆溶液即完成。加入一鉑－支托之碳於此塗覆溶液中，其中包括平均尺寸為2.6nm的含鉑顆粒。此時，鉑與磷酸鋁為主之化合物之莫耳比為3：1。將完成已塗覆之鉑－支托之碳，以90℃或更低之溫度下於一烘箱中完全乾燥，再以200℃之熱處理2小時，以使磷酸鋁為主之化合物包覆於鉑－支托之碳的表面。
根據實施例1－1所製備，塗覆有以磷酸鋁為主之化合物的鉑－支托之碳與具有高質子傳導性之全氟磺酸樹脂(Nafion)油墨混合，並將此混合物施加於一碳電極上，以提供一氧電極。此外，一購自Johnson－Matthey公司之觸媒(Hispec 9100)則如上述一般使用，以提供一燃料電極。於此，鉑於氧電極與燃料電極上，分別以0.25mgPt/cm2
與0.5mgPt/cm2
之量支托。
根據實施例1－2，將Nafion電解質膜以熱與機械力結合於二電極中，以提供一膜電極組件，並接著用以製備質子交換膜型燃料電池(見圖2)。
以根據實施例1所述之方式製備電極觸媒、膜電極組件以及質子交換膜型燃料電池，除了熱處理溫度由原來之200℃改為300℃。
根據實施例1所述之方法製備膜電極組件以及燃料電池，除了鉑－支托之碳觸媒並未塗覆以磷酸鋁為主之化合物。
根據本發明電極觸媒之分析如下所述。
以塗覆有磷酸鋁為主化合物之鉑－支托之碳觸媒做為樣品組，而未塗覆之鉑－支托之碳則做為一控制組。
圖3揭示鉑支托於一支持物上之晶體結構的X射線繞射分析結果，其中鉑顆粒尺寸與Pt(111)波峰之寬度相關，且當波峰寬度增加時，表示鉑顆粒尺寸縮小。根據實施例1，以200℃熱處理之電極觸媒為例，可以看到鉑顆粒的成長被抑制，即，鉑顆粒的粗化已被塗覆之作為抗粗化化合物的金屬磷酸化合物所抑制。此外，以根據實施例2，以300℃熱處理之電極觸媒為例，其波峰寬度顯示有微小的降低。這暗示著鉑顆粒開始發生部分粗化(見圖3)。
下列測試則用以評估根據本發明電極觸媒之粗化傾向。
將根據實施例1之塗覆有磷酸鋁為主之化合物的鉑－支托之碳觸媒為樣品，而根據比較例1，未塗覆之鉑－支托之碳觸媒則作為控制組。存在於每一電極觸媒中之鉑奈米顆粒，在溫度從室溫到300℃之間分別量測其尺寸之變化。結果呈現於表1中。
測試後，根據比較例1之未塗覆的習用電極觸媒，顯示出鉑奈米粒子在溫度300℃時其尺寸增加到約4.8nm。這些顯示鉑奈米粒子的粗化是因為溫度的增加。另一方面，根據實施例1所製備塗覆有磷酸鋁為主化合物的電極觸媒，即使在高溫下，也只有一點點鉑顆粒發生粗化，因此可避免粗化現象(見表1)。
下述測試是用來評估使用本發明所述之電極觸媒的單元電池之品質。
在實施例1所製備得之單元電池內的二電極中，供給空氣與氫氣。接著，在單元電池之二端提供不同電壓的同時，量測電流密度與電源密度。結果如圖4所示。
測試後，根據實施例1製備得之電極觸媒之電流密度為0.27A/cm2
，而電源密度在0.65V時為0.17W/cm2
。由結果可發現，根據本發明所述之電極觸媒，當支持於氧電極之鉑數量為0.25mgPt/cm2
時，其品質與一般聚合物電解質燃料電池之膜電極組件相近(見圖4)。
如上所述，根據本發明，一可避免電極中催化物質粗化之化合物，塗覆及/或分散於一些位置，而可高度抑制催化物質的粗化，而增進了催化物質的結構穩定性。因此，可提供一具有優異燃料電池壽命特性且不造成電化學品質減損之燃料電池。
本發明係藉由最佳實施例說明內容，應可理解本發明之範圍並未限制於所揭示之實施例與圖式。相反的，但在不背離本發明之範疇下，包括了本發明之種種改變及修飾。
圖1為揭示根據本發明之電極觸媒的表面狀況示意圖。
圖2是揭示一質子交換膜型之燃料電池示意圖。
圖3是根據實施例1與2，塗覆有以磷酸鋁為主之化合物鉑－支托之碳觸媒，與根據比較例1，未塗覆之鉑－支托之碳觸媒的X射線繞射分析結果圖。
圖4是根據實施例1所揭示，使用塗覆有以磷酸鋁為主之化合物的鉑－支托之碳觸媒的燃料電池之品質表示圖。
Claims (13)
- 一種燃料電池用之電極觸媒，包括：(a)一支持物；(b)金屬觸媒顆粒，係支托於該支持物上，且由一催化活性金屬或含金屬之合金所形成；以及(c)一抗粗化化合物，其係分佈於至少一選自下列群組之位置：該金屬觸媒顆粒間之間隙，及該支持物與該金屬觸媒顆粒間之接觸位置，且其粗化溫度高於金屬觸媒之粗化溫度；其中該粗化溫度係一結晶顆粒開始成長之溫度；以及該抗粗化化合物係為磷酸鋁為主之化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒，其中該金屬觸媒顆粒(b)具有一粗化溫度為300℃或更低，且抗粗化化合物(c)具有一粗化溫度為300℃或更高。
- 如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒，其中該催化活性金屬或含金屬合金顆粒為至少一選自由下列元素組成之群組：鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、銥(Ir)以及鋨(Os)。
- 如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒，其中該催化活性金屬或含金屬合金之顆粒具有一1~10nm之尺寸(顆粒直徑)。
- 如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒，其中該抗粗化化合物(c)對催化活性金屬或含金屬合金(b)之親和性高於該支持物(a)。
- 如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒，其中該抗粗化化合物係以1~5nm之厚度塗覆或分佈。
- 如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒，其中該支持物係選自一由下列組成之群組：多孔性碳、傳導性聚合物以及金屬氧化物。
- 一種燃料電池用之膜電極組件，包括：(i)一含第一觸媒層之第一電極；(ii)一含第二觸媒層之第二電極；以及(iii)一插置於該第一電極與該第二電極之電解質膜；其中該第一觸媒層與該第二觸媒層之一或二者，包括有如申請專利範圍第1至7項中之任一項所定義之電極觸媒，該電極觸媒包含：(a)一支持物；(b)金屬觸媒顆粒，係支托於該支持物上，且由一催化活性金屬或含金屬之合金所形成；以及(c)一抗粗化化合物，其係分佈於至少一選自下列群組之位置：該金屬觸媒顆粒間之間隙，及該支持物與該金屬觸媒顆粒間之接觸位置，且其粗化溫度高於該金屬觸媒之粗化溫度；其中該粗化溫度係一結晶顆粒開始成長之溫度；以及該抗粗化化合物係為磷酸鋁為主之化合物。
- 一種含有如申請專利範圍第8項所定義之膜電極組件(MEA)之燃料電池。
- 如申請專利範圍第9項所述之燃料電池，其係為一種質子交換膜型燃料電池(PEMFC)。
- 一種製備如申請專利範圍第1項所述之電極觸媒之方法，該方法包括步驟如下：(a)分散或溶解一具有粗化溫度高於催化活性金屬或含金屬之合金的抗粗化化合物於一溶劑中，以提供一分散液或溶液；(b)加入一支持物於步驟(a)所得之該分散液或該溶液中，以支托由催化活性金屬或含金屬之合金所形成之金屬觸媒顆粒，藉此塗覆上該分散液或該溶液，接著乾燥之；以及(c)在一低於該觸媒顆粒之粗化溫度，以熱處理由步驟(b)所得之乾燥產物；其中該粗化溫度係一結晶顆粒開始成長之溫度；以及該抗粗化化合物係為磷酸鋁為主之化合物。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中支托該金屬觸媒顆粒之該支持物，係加入步驟(b)之該分散液或該液體，且該觸媒顆粒與該抗粗化化合物之莫耳比為1~5：1。
- 一種避免支托於一支持物上且由催化活性金屬或含金屬之合金所形成金屬觸媒顆粒粗化之方法，該方法包括：分佈一粗化溫度高於金屬觸媒之抗粗化化合物，於至少一位於該金屬觸媒顆粒間之間隙，及該支持物與該金屬觸媒顆粒間之接觸位置；其中該粗化溫度係一結晶顆粒開始成長之溫度；以及 該抗粗化化合物係為磷酸鋁為主之化合物。
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