專利名稱：形成含觸媒層電極的方法
技術領域：
本發(fā)明是關于形成含觸媒層電極的方法，特別是關于利用高分子包覆的貴金屬粒子組成 觸媒層形成電極的方法、和以此電極制造電化學裝置的方法。
背景技術：
近來由于染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell; DSSC)具有成為低成本儲能組件 的潛力，使得它的發(fā)展逐漸受到重視。傳統(tǒng)上，DSSC的陽極(photoanode)是將染料敏化納米 結晶半導體層沉積在銦錫氧化物(Indium-tin oxide; ITO)或氟錫氧化物(Fluorine-doped tin oxide; FTO)玻璃上；陰極則是采用鍍鉑對極(counterelectrode)。電解質(zhì)一般為在適當?shù)慕橘|(zhì)中具碘與 三碘離子的氧化還原對。圖1描述DSSC的基本操作，其可總結成下述五個步驟(l)在染料 分子中發(fā)生光激發(fā)而產(chǎn)生電荷分離(如箭頭1所示);(2)電荷(此處為電子)注入介孔(mesoporous) 二氧化鈦(Ti02)的導電帶中；(3)電荷經(jīng)負載(electronic load)至外部電路(如箭頭2所示)；(4)透 過電解質(zhì)中的氧化還原對，染料還原至基態(tài)(如箭頭3所示)；(5)在對極上由外部電路所獲得的 電荷還原氧化還原對(如箭頭4所示)。
在DSSC中，在對極上還原氧化還原對的反應可表示如下
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因為碘離子負責將氧化態(tài)的染料分子重生，故上述還原反應非常重要。 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Ti02的導電帶中)，將會嚴重影響電池的整 體轉(zhuǎn)換效能，甚至會使對極表面產(chǎn)生碘結晶。
在先前技術中，若直接在ITO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，觸媒材料會涂覆在ITO或FTO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?；诔杀竞托士紤]，現(xiàn)己發(fā)展出許多方式來 形成薄的鉑層。濺鍍是最常實行的方法。雖然此方法制造的鍍鉑電極具有良好的效能，但其 必須在超高真空環(huán)境下進行，以致成本始終居高不下。
2004年，Papageorgiou等人于"Coord. Chem. Rev. 248"發(fā)表「加熱鈾簇觸媒(thermal cluster platinum catalyst)」的方法。此方法提供低的鉑負載(約2~10pg/cm2)、良好的動力學效能(電荷傳輸阻力，RCT0.1Qcm2)、以及相對于傳統(tǒng)鉑沉積方法(如濺鍍、電化學沉積)的機械穩(wěn)定性。 2004年，王等人于"Surf. Interface Anal. 36"發(fā)表的文獻同樣利用X射線光電光譜學研究加熱鉑 簇觸媒的穩(wěn)定性，并且發(fā)現(xiàn)在加熱鉑簇觸媒的過程中，鉑簇觸媒的表面會慢慢吸收碘，導致 鉑簇觸媒的效能減弱。盡管由再加熱處理可再生觸媒效能，然而此方法需要加熱達380。C，如 此處理不但耗費能量且不適于量產(chǎn)。
其它諸如碳和導電高分子的材料亦提出作為DSSC中三碘離子反應的觸媒。這些新的材 料通常需制作成較厚的空隙層涂覆于基板上，才能獲得可接受的觸媒效果，而仍處于初步研 發(fā)的階段。
因此，DSSC相關的研究與開發(fā)技術致力于進一步降低成本及提高效能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供利用高分子包覆的貴金屬粒子組成觸媒層來形成電極 的方法，以減少貴金屬的用量。
本發(fā)明還提供利用上述電極制造電化學裝置的方法，以提高電化學裝置的效能。
本發(fā)明的一種技術方案為提出形成含觸媒層電極的方法，包含形成導電層于基板表面、 調(diào)理基板表面、將基板浸泡至第二溶液中，且第二溶液包含由高分子包覆的貴金屬，以形成 貴金屬觸媒層于基板表面、以及以實質(zhì)上低于約30(TC的溫度，熱處理貴金屬觸媒層。
本發(fā)明的另一種技術方案為提出制造電化學裝置的方法，包含制作第一電極和第二電 極、組裝第一電極和第二電極、以及注入電解質(zhì)到第一電極與第二電極之間；其中第一電極 的制作包含提供具導電層的基板、調(diào)理基板表面、將基板浸泡至第二溶液中，且第二溶液包
含由高分子包覆的貴金屬，以形成貴金屬觸媒層于基板表面、以及以實質(zhì)上低于約300。C的溫
度加熱處理基板上的貴金屬觸媒層。
本發(fā)明提出的方法不但可減少貴金屬的用量及提高電化學裝置的效能，且整體制程較傳 統(tǒng)鍍膜方式簡單、又適合量產(chǎn)。
圖1是依據(jù)習知技術的染料敏化太陽能電池的基本操作示意圖； 圖2A~2D是依據(jù)本發(fā)明實施例形成含觸媒層的電極的流程示意圖； 圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例的電化學裝置的立體示意圖； 圖4是依據(jù)實施例2的陰極組成的測試單元的電化學阻抗圖譜；
7圖5是依據(jù)實施例廣3和對照實施例1制得的電池的電流-電壓圖； 圖6是依據(jù)實施例4 5的陰極組成的測試單元的電化學阻抗圖譜；
圖7是依據(jù)實施例4~5制得的電池的電流-電壓圖。
主要組件符號說明
1、 2、 3、 4箭頭
102導電層
104高分子包覆的貴金屬 201陰極 203電解質(zhì) 205導電玻璃層 207染料
101 基板 103界面活性層 104a貴金屬粒子
202 陽極 204封裝膜
206 Ti02層 208觸媒層
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖2A飛D描述了依據(jù)本發(fā)明實施例形成含觸媒層的電極的方法流程。首先參照圖2A，提 供一基板101?；?01的材料并無特殊限制，但作為太陽能電池的電極時，較佳為玻璃基板， 但亦可為塑料基板?；?01的表面形成有導電層102，用以傳輸電荷。導電層一般為ITO導 電玻璃、石墨、或金屬，例如為鎳或不銹鋼等一般使用的材質(zhì)。形成導電層的方法為熟悉此 項技藝者所知，例如蒸鍍法或濺鍍法、或是涂覆法。
接著，請參照圖2B，調(diào)理(condition)導電層102的表面。調(diào)理方式包括將基板101浸泡 (dip)至含有界面活性材料的第一溶液中，以于導電層102的表面形成界面活性層103。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銨鹽。界面活性層主要是用來 改變電極的導電層的電性，以改善后續(xù)形成的膜層與導電層102間的黏著性。
繼續(xù)參照圖2C，再次將基板101浸泡至第二溶液中。第二溶液包含若干個由高分子包覆 的貴金屬，且貴金屬懸浮分散于第二溶液?；?01上的界面活性層103吸附第二溶液中由 高分子包覆的貴金屬，而于界面活性層103的表面形成貴金屬觸媒層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采用陽離子型界面活性劑，使由高分子包覆的 貴金屬得以吸附于基板上。
在此將說明第二溶液的配制方法。此方法包括提供一預構成貴金屬外圍的包覆層的高分子溶液，其中高分子溶液可含有聚乙烯吡咯垸酮(PVP)、聚丙烯酰胺(Poly(acrylamide); PAM)、 聚乙烯醇(Poly (vinyl alcohol); PVAL)、聚丙烯酸(Poly (acrylic acid); PAA)、或聚次乙 亞胺(Poly(ethyleneimine); PEI)等高分子。接著，將貴金屬鹽類之前驅(qū)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)等適合作為還原反應催化劑的 材料。然后，加入貴金屬鹽類的還原劑于含有貴金屬鹽類的高分子溶液中，使貴金屬鹽類得 以還原成貴金屬粒子。此時由于貴金屬粒子被高分子包覆，故可使納米級貴金屬均勻地分散 于溶液。因而當基板101浸泡于第二溶液時，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的制作方法可參見Hidefumi Hirai等人在2001年發(fā)表在"高分子 先進技術(Polymers for Advanced Technologies)"的論文「在金屬納米粒之懸浮液中之保 護型高分子(Protecting polymers in suspension of metal nanoparticles)」。
用于上述方法的第二溶液的溶劑并無特殊限制，但溶劑最好能溶解高分子，且具低沸點。
需注意的是，在第二溶液中高分子所占重量(PW)與貴金屬所占重量(MW)的比值(即PW/MW) 一般較佳為介于0.5 6之間。此乃因若高分子的含量過少，則第二溶液將無法穩(wěn)定懸浮粒子 而有沉降的疑慮；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(fā)揮催化 功能。此將于后的實施例中詳細說明。
貴金屬粒子的粒徑分布一般為約10納米(nm)至約50nm。利用均勻分散的納米級高分子包 覆的貴金屬可形成較薄的觸媒層，亦即，使用較少量的貴金屬即可達到可接受的觸媒效果。
浸泡基板101至第二溶液中的操作溫度低于約50。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。故在此提出的形成含觸媒層電極的方法不需高溫制程，因而可減 低制作時對基板101上導電層102的電性的影響，并可有效控制電池效能。同時，相較于傳 統(tǒng)如濺鍍等鍍膜方式，依據(jù)本發(fā)明實施例的方法所使用的設備和其操作與控制方式均較簡易， 因此制造成本較低。
接著，請參照圖2D，加熱處理圖2C的電極，使電極表面的所有或部分界面活性材料與高 分子裂解，而暴露出納米級貴金屬粒子104a。在此進行的熱處理的溫度實質(zhì)上比習知再生觸 媒效能的溫度(即38(TC)低，熱處理溫度較佳為低于約30(TC，而熱處理時間較佳為小于約30 分鐘。例如，以約27(TC加熱處理圖2C中含觸媒層的電極約10分鐘。但熱處理溫度和時間可 視界面活性劑種類、高分子種類、貴金屬種類、基板種類、電極構造、電池結構等加以調(diào)整。 施行熱處理后的電極具有較佳的效能，此將詳細說明于后的實施例。
圖3描述了依據(jù)本發(fā)明實施例利用上述電極制得的電化學裝置。如圖3所示，此電化學 裝置包括陰極201、陽極202、位于陰極201與陽極202之間的封裝膜204、和電解質(zhì)203。電化學裝置包括任一會發(fā)生化學反應的裝置，特別的例子包括任何種類的燃料電池、或太陽 能電池。
以染料敏化太陽能電池為例，陰極201或陽極202、或二者為使用上述圖2A 2D的方法所 形成的含觸媒層電極。較佳地，陰極201為含觸媒層208的電極。即電極包含表面具有導電 層的基板，導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的貴金屬粒子，這 些貴金屬粒子經(jīng)熱處理以作為電極的觸媒層208。導電層較佳為ITO導電玻璃、石墨、或諸如 鎳或不銹鋼等金屬。高分子為聚乙烯吡咯垸酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVAL)、 聚丙烯酸(PAA)、或聚次乙亞胺(PEI)，而被高分子包覆的貴金屬可為鈀、鈾、釕、銀或金等。
陽極(不具觸媒層的另一電極)較佳為包含透明導電玻璃層205的基板，透明導電玻璃層 205可為銦錫氧化物(IT0)、摻氟氧化錫(FTO)、摻銻氧化錫(ATO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧 化鋅(GZO)、或摻銦氧化鋅(IZO)。染料敏化太陽能電池的陽極一般還包括TiO2層206形成于 導電玻璃層205表面，其中Ti02層206的表面附近更具有染料207。有關染料敏化太陽能電 池的陽極制作方法己于諸多習知技藝中所揭示，在此僅稍作舉例，以便于了解。
常用于太陽能電池的染料例如包括下列分子式1、分子式2、分子式3、和分子式4所表 示的化合物，Nazeeruddin等人在2003年于"J. Phys. Chem."發(fā)表的文獻「染料敏化納米 級二氧化鈦太陽能電池的敏化吸收研究及質(zhì)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 Ti02 Solar Cell)」更詳述染料相關的特性與結構，其一 并附上供作參考。
〖簡 (—復驅(qū) "X川M 0" *翠
N3 —N7W ,2 咖崎《 [分子式2] [分子式3] [分子式4]
完成陰極201和陽極202后，可由熟諳此技藝者所知的方法組裝電極，以構成電化學裝 置。在一實施例中，將封裝膜204夾設在陰極201與陽極202之間，隨后注入電解質(zhì)203于 其內(nèi)。本發(fā)明實施例對封裝膜并無特殊限制，但較佳為在低溫下即可進行熱縮合的高分子膜。特別是在制造電化學裝置的過程中，可視最終產(chǎn)品的制程和預期的質(zhì)量來決定注入電解質(zhì)的 時機。即，電解質(zhì)可在組裝電化學裝置前、或在組裝電化學裝置的最后步驟注入。
較佳實施例
以下將詳述本發(fā)明的較佳實施例。應理解下述實施例僅為說明本發(fā)明，本發(fā)明的精神和 范圍并不限于此。
實施例l:制作含觸媒層的電極和具此電極的太陽能電池
合成聚乙烯吡咯垸酮(Poly(N-viny1-2-pyrrolidone; PVP)包覆的鉑納米粒子是先將0.1 克(g)的PVP分子(分子量(MW^8000)溶于44毫升(mL)的去離子水中，并在室溫下攪拌。再以 0. 2g的H2PtC16作為前驅(qū)物加入先前制備的PVP溶液，故溶液所含的高分子重量與貴金屬重 量的比值約為1. 1。隨后緩慢加入5mL的還原劑(O. 5M NaBH4溶液)。此時燒杯內(nèi)的溶液會快 速地由鵝黃色轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?，表示已生成納米級鉑金屬粒子。整個制作過程是在室溫下進行， 共需約30分鐘。
另將干凈的工TO玻璃板(20Q/口)浸入含ly。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°C、歷時5分鐘，以 于ITO玻璃板上形成界面活性層。此界面活性劑己廣泛應用于印刷電路板工業(yè)作為接枝劑。 界面活性劑在此的功能主要為改變ITO玻璃板表面的電性，使ITO玻璃板表面呈正電性。以 去離子水洗滌后，將已形成界面活性層的ITO玻璃板浸入上述配制的PVP包覆的鉑納米粒子 懸浮液中5分鐘，使帶負電的PVP包覆的鉑納米粒子吸附至ITO玻璃板，而在界面活性層上 形成觸媒層。最后以去離子水洗滌，并在空氣中干燥。
將0.036g的染料(N-719，由Solaronix公司提供，如上列分子式2所示)溶于50ml的氰 甲烷、25ml的第三丁醇與25ml的乙醇的混合溶液(acetonitril: t-butanol: ethanol=2: 1: l)中，以配制濃度為3mM的染料溶液。
將Ti02/ITO玻璃板(由澳大利亞Dyesol公司提供)裁切成2公分(cm) X2cm，其中Ti02 的表面積為0.5cmX0.5cm。在電熱爐中以550°C燒結10分鐘，以加強ITO內(nèi)連性。接著將 Ti02/IT0玻璃板沉浸至上述配制的染料溶液中1小時，且在40°C下持續(xù)攪拌溶液，使Ti02 表面吸附染料。最后用氰甲烷清洗。[組裝電池]
電池的組裝方式包括堆棧上述制得的陰極與陽極和封裝膜，其中封裝膜夾設在陽極與陰 極之間，隨后并加熱達約ioo°c及施予加壓黏合。封裝膜中央為供電解質(zhì)填充的鏤空區(qū)域。 此封裝膜為由Solaronix公司提供的SX-1170-25熱塑膜，厚度為25微米(pm)。隨后注入電 解質(zhì)至陰極與陽極間的鏤空區(qū)域，以提供電池。電解質(zhì)是以3-甲氧基丙腈 (3-methoxypropionitrile ; MPN)為溶劑，溶有0. 6M的1_丙基-2, 3_雙甲基咪唑 (1-propyl-2, 3-dimethylimidazoli咖;DMPII) 、 0. 1M的碘化鋰(LiI) 、 0. 05M的碘、和0. 5M 的4-叔丁基吡啶(4-tert-butylpyridine; TBP)。
實施例2:制作含觸媒層電極和具此電極的太陽能電池
本實施例為復制實施例1提供的染料敏化太陽能電池，除了在制作陰極時，以0. 5g的PVP 和0. 2g的H2PtC16配制PVP包覆的鉑納米粒子懸浮液。
實施例3:制作含觸媒層的電極和具此電極的太陽能電池
'本實施例為復制實施例1提供的染料敏化太陽能電池，除了在制作陰極時，以2g的PVP 和0. 2g的H2PtC16配制PVP包覆的鉑納米粒子懸浮液。
實施例4:制作含觸媒層的電極和具此電極的太陽能電池
本實施例為復制實施例1提供的染料敏化太陽能電池，除了在制作陽極時，將Ti02膠(由 澳大利亞Dyesol公司提供)網(wǎng)印在AT0上，其中Ti02的表面積為lcmXO. 5cm。
實施例5:制作含觸媒層的電極和具此電極的太陽能電池
本實施例為復制實施例4提供的染料敏化太陽能電池，除了在制作陰極時，進一步施以 約27(TC的溫度，熱處理電極約10分鐘。
對照實施例l:
本實施例為重復提供染料敏化太陽能電池，除了陰極的制作是利用傳統(tǒng)的濺鍍法獲得觸 媒層。意即在制作對極時，干凈的IT0玻璃板(20Q/口)乃直接在濺鍍機臺中沉積一層厚度至 少為lOOnm的鉑金屬薄膜。
試驗實施例1:
本試驗實施例是用來分析電極的觸媒層的負載量，采用樣品為依據(jù)實施例2獲得的電極、 和以傳統(tǒng)方法制得的對照實施例1的電極作為對照組。
禾U用感應耦合電漿原子發(fā)射光譜儀(Inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy; ICP-AES)分析單位面積的鉑含量發(fā)現(xiàn)，依據(jù)實施例2獲得的電極的負載量為4.89嗎/cm2，對照實施例1獲得的電極的負載量則為200pg/cm2。明顯地，本發(fā)明實施例提 出的方法所使用的鉑金屬量比傳統(tǒng)方法少。此乃因調(diào)理基板的步驟可有效沉積高分子包覆的 貴金屬粒子于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ITO 玻璃與PVP包覆的鉑粒子間的黏著效果。
試驗實施例2:
本試驗實施例是用來評估電極中三價碘還原的觸媒效果，采用樣品為依據(jù)實施例2獲得 的電極、和以傳統(tǒng)方法制得的對照實施例1的電極作為對照組。測試前須制作對稱的測試單 元，其與實施例2的電池制作幾乎相同，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，對極的制作方法與實施例2的陰極制作方法相同。
在5mV的交流電壓下，利用AUTOLAB P10的恒電位儀(potentiostat)量測電化學阻抗圖 譜(electrochemical impedance spectroscopy; EIS)， 其范圍介于50仟赫(kHz)至0. 1Hz之 間。耐奎斯特圖(Nyquist plot)表示三段清楚可辨的電阻，從左向右依序為串聯(lián)電阻(RS)、 電荷傳輸電阻(RCT)、和能斯特擴散電阻(RD); RCT值代表電極的觸媒效果。圖4顯示含有PVP 包覆的鉑粒子的電極的RCT值為5. 66Qcm2，而對照實施例1的RCT量測值為10. 8^，2(未繪 示)。因此，依據(jù)本發(fā)明提出的方法實施例形成觸媒層的觸媒效果優(yōu)于傳統(tǒng)濺鍍法。
試驗實施例3:
本試驗實施例是用來評估染料敏化太陽能電池的效能，采用樣品為依據(jù)實施例廣3獲得 的電池、和以傳統(tǒng)方法制得的對照實施例1的電池作為對照組。
利用AUTOLAB P10的恒電位儀及使用太陽光仿真器(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的掃描速度 從電池開路電壓VOC掃描到零電壓。掃描結果如圖5所示。數(shù)據(jù)結果列于表l，其中FF為填 充因子(fill factor), "qeff為光電轉(zhuǎn)換效率，二者分別依方程式1與2計算而得。
<formula>formula see original document page 13</formula> [方程式l]
其中，PMAX為掃描電壓下的最大功率，V0C為開路電壓，ISC為短路電流。<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，PIN為太陽光仿真器的輸入功率，即100mW/cm2。
從表1可知，實施例1的效能己達傳統(tǒng)濺鍍法的90%以上，因觸媒效果較佳，故其VOC和ISC皆可媲擬、甚至高于傳統(tǒng)濺鍍法。但過量的高分子將提高電池內(nèi)阻，導致FF降低，因而 影響電池的轉(zhuǎn)換效率。
表l
對極VOC (V)ISC (raA/cm2)FFtieff (%)
實施例10. 6911.80. 534. 32
實施例20. 6611.20. 503.69
實施例30. 6710.60. 412.92
對照實施例10. 6711.60. 584. 55
試驗實施例4:
本試驗實施例的目的和施行方式類似試驗實施例2，除了樣品為采用依據(jù)實施例4 5獲得 的電極，其電化學阻抗圖譜如圖6所示。圖中顯示，實施例4的電極的RCT值為38.3Qcm2， 而實施例5的電極的RCT值為0. 56Qcm2。此表示根據(jù)本發(fā)明實施例進行低溫熱處理(實質(zhì)上 低于約300'C)電極后，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，除了樣品為采用依據(jù)實施例4 5獲得 的電池。掃描結果如圖7所示，其中開路電壓、短路電流與光電轉(zhuǎn)換效率列于表2。由此數(shù)據(jù) 可知，整體而言，使用經(jīng)熱處理的電極所制作的電池具有較佳的效能。
表2
對極VOC (V)ISC (mA/cm2)FF
實施例40.615.880. 592. 1
實施例50. 586. 730. 612.4
各種可用于染料敏化太陽能電池的對極的比較列于表3，文獻1為Hauch等人在2001年 發(fā)表在"電化學學報(Electrochim. Acta),第46期，第3457頁"的論文「染料敏化太陽能 電池的電解質(zhì)擴散與鉑電極的電荷傳輸反應(Diffusion in the electrolyte and charge-transfer reaction at the platinum electrode in dye-sensitized solar cells)」所提供的數(shù)據(jù)，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(fā)明實施例2的電極具有較低的Pt負載量和可接受的RCT值。
表3
鉑電極型態(tài)鉑負載量 ()ag/cm2)RCT (Qcm2)電解質(zhì)溶劑操作溫度(。c)
實施例24. 895. 66MPN〈300
加熱鉑納米簇5〈1醒O380
文獻l6,4457MPN按濺鍍時間而定
對照實施例1 20010.8MPN按濺鍍時間而定
工業(yè)應用
由上述可見，本發(fā)明提出以浸泡方式形成含高分子包覆的納米貴金屬粒子作為電極的觸 媒層的方法，可減少貴金屬的用量，若再施以熱處理則更可提高電化學裝置的效能。此外，
整體制程不需執(zhí)行高溫步驟(浸泡步驟可在低于約5(TC進行，熱處理可在低于約30(TC進行)，
不僅操作簡便、又能降低成本。若欲進行大量生產(chǎn)，此技術的優(yōu)勢將顯而立見。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，但并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在 不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附 的申請專利范圍所界定者為準。
1權利要求
1.一種形成含觸媒層的電極的方法，其特征在于，該方法包含形成一導電層于一基板的一表面；調(diào)理所述基板的表面；配制一第二溶液，其中該第二溶液包含若干個由一高分子包覆的貴金屬分散于該第二溶液；浸泡該基板至該第二溶液中，以形成一貴金屬觸媒層于該基板的表面上；以及以實質(zhì)上低于約300℃的溫度，熱處理該表面上的該貴金屬觸媒層。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)理該基板的該表面包含浸泡該基板至一含 有一界面活性材料的第一溶液中，以形成一界面活性層于該導電層上。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，浸泡該基板至該第二溶液中包含使該導電層 上的該界面活性層吸附該些由該高分子包覆的貴金屬，以形成該貴金屬觸媒層于該界面活性 層上。
4. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，配制該第二溶液包含-提供一預構成包覆層的高分子溶液； 加入一貴金屬鹽類的前驅(qū)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高分子溶液中，使該貴金屬鹽類還原為一貴金屬粒子。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，浸泡該基板至該第二溶液中包含在低于約50 匸的操作溫度下進行。
6. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，熱處理該表面上的該貴金屬觸媒層包含加熱 處理約30分鐘以下。
7. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，該貴金屬觸媒層包含鈀、鉑、釕、銀、金中 的一種或多種。
8. —種形成含觸媒層的電極的方法，其特征在于，該方法包含 提供一具有一導電層的基板；浸泡該基板至一含有一界面活性材料的第一溶液中，以形成一界面活性層于該導電層上； 浸泡該基板至一第二溶液中，其中該第二溶液包含若干個由一高分子包覆的貴金屬，且該基板上的該界面活性層吸附該些由該高分子包覆的貴金屬，而形成一貴金屬觸媒層于該界面活性層上；以及以實質(zhì)上低于約30(TC的溫度，熱處理該基板上的該貴金屬觸媒層約30分鐘以下。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，該方法還包含配制該第二溶液，配制方法包含提供一預構成包覆層的高分子溶液； 加入一貴金屬鹽類的前驅(qū)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。
10. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，浸泡該基板至該第二溶液中包含在低于約 50'C的操作溫度下進行。
11. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，該貴金屬為鈀、鉑、釕、銀或金，而該高 分子為聚乙烯吡咯垸酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸或聚次乙亞胺。
12. —種制造電化學裝置的方法，其特征在于，該方法包含 制作一第一電極，包含提供一具有一第一導電層的第一基板；浸泡該第一基板至一第二溶液中，其中該第二溶液包含若干個由一高分子包覆的貴 金屬，以形成一第一貴金屬觸媒層于該第一基板的該表面上；以及熱處理該第一基板上的該第一貴金屬觸媒層； 制作一第二電極；組裝該第一電極和該第二電極；以及 注入一電解質(zhì)到該第一電極與該第二電極之間。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，更包含浸泡該第一 基板至一含有一界面活性材料的第一溶液中，以形成一界面活性層于該第一導電層上。
14. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，浸泡該第一基板至該第二溶液中包含使該 第一導電層上的該界面活性層吸附該些由該高分子包覆的貴金屬，以形成該第一貴金屬觸媒 層于該界面活性層上。
15. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，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約30分鐘以下。
16. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，浸泡該第一基板至 該第二溶液中包含在低于約5(TC的一操作溫度下進行。
17. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，在制作該第一電極中，熱處理包含以實質(zhì) 上低于約30(TC的溫度，熱處理該第一基板上的該第一貴金屬觸媒層。
18. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，制作該第一電極更包含配制該第二溶液， 配制方法包含提供一預構成包覆層的高分子溶液； 加入一貴金屬鹽類的前驅(qū)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。
19. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，制作該第二電極包含 提供一具有一第二導電層的第二基板；浸泡該第二基板至一含有一界面活性材料的第三溶液中，以形成一界面活性層于該第二 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若干個由一高分子包覆的貴金屬， 且該第二基板上的該界面活性層吸附該些由該高分子包覆的貴金屬，而形成一第二貴金屬觸媒層于該界面活性層上；以及熱處理該第二基板上的該第二貴金屬觸媒層。
20. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，制作該第二電極包含 形成一導電玻璃層至一第二基板上；以及 形成一含染料的二氧化鈦層于該導電玻璃層上。
21. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，組裝該第一電極和該第二電極包含: 設置一封裝膜于該第一電極與該第二電極之間；以及黏合該第一電極、該封裝膜、和該第二電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形成含觸媒層電極的方法，包括在基板表面上形成導電層、調(diào)理基板表面、將基板浸泡至第二溶液中，且第二溶液含有由高分子包覆的貴金屬，以形成貴金屬觸媒層于基板表面、以及以實質(zhì)上低于約300℃的溫度，熱處理貴金屬觸媒層。在此亦揭示利用上述電極制造電化學裝置的方法。
文檔編號H01L31/18GK101599368SQ20081010941
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權日2008年6月3日
發(fā)明者馮憲平, 衛(wèi)子健, 張雅慧, 超 彭, 藍若琳, 許雯琪, 鄭海鵬, 陳文祥 申請人:健鼎(無錫)電子有限公司