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KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung beansprucht unter 35 U.S.C §119(a) den Vorrang
der
koreanischen Patentanmeldung
Nr. 10-2008-0021708 , eingereicht am 7. März 2008,
deren gesamter Gehalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Platinlegierungs-Katalysators für eine Brennstoffzellenelektrode.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines hochwirksamen Platinlegierungs-Nanokatalysators, der als Elektrodenmaterial für
eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) verwendet
werden kann.
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(b) Allgemeiner Stand der Technik
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Im
Allgemeinen ist eine Brennstoffzelle ein Mittel zur Stromerzeugung,
die nicht durch Verbrennung chemische Energie von Brennstoff in
Hitze umwandelt, sondern elektrochemisch die chemische Energie direkt
in elektrische Energie in einem Brennstoffzellstapel umwandelt.
Solch eine Brennstoffzelle kann für die Bereitstellung
von elektrischem Strom für kleine elektrische/elektronische
Vorrichtungen, insbesondere tragbare Vorrichtungen, verwendet werden,
sowie zur Bereitstellung von elektrischem Strom für Industrie,
Wohnbereich und Fahrzeug.
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Zur
Zeit ist die attraktivste Brennstoffzelle für ein Fahrzeug
eine PEMFC, auch genannt eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle.
Die PEMFC hat die höchste Stromdichte unter den Brennstoffzellen.
Sie hat ebenfalls eine schnelle Start-up-Zeit und eine schnelle
Reaktionszeit zur Stromumwandlung auf Grund ihrer geringen Betriebstemperatur.
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Die
PEMFC umfasst: Eine Membranelektrodeneinheit (MEA), einschließlich
einer Polymerelektrolytmembran zum Transportieren von Wasserstoffionen,
und einer Elektroden/Katalysatorschicht, in der eine elektrochemische
Reaktion stattfindet, angeordnet auf beiden Seiten der Polymerelektrolytmembran;
einer Gasdiffusionsschicht (GDL), um einheitlich Reaktionsgase zu
verteilen und erzeugten Strom zu übermitteln; einer Dichtung
und einer Manschette, um die Luftdichtheit der Reaktionsgase und
Kühlmittel aufrecht zu erhalten, und einen geeigneten Pressdruck
bereitzustellen; sowie einer bipolaren Platte zum Transferieren
der Reaktionsgase und des Kühlmittels.
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In
der Brennstoffzelle mit der oben beschriebenen Zusammensetzung wird
Wasserstoff als Brennstoff einer Anode (auch bezeichnet als eine Brennstoffelektrode
oder Oxidationselektrode) zugeführt, und Sauerstoff/Luft
wird als Oxidationsmittel einer Kathode (auch bezeichnet als eine
Luftelektrode, Sauerstoffelektrode oder Reduktionselektrode) zugeführt.
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Der
der Anode zugeführte Wasserstoff wird in Wasserstoffatome
(Protonen, H+) und Elektronen (e–) durch einen Katalysator der auf
beiden Seiten der Elektrolytmembran bereitgestellten Elektroden/Katalysatorschicht
dissoziiert. Zu dieser Zeit werden nur die Wasserstoffionen durch
die Elektrolytmembran, welche eine Kationen-Austauschmembran ist,
zu der Kathode überführt, und zur gleichen Zeit
werden die Elektronen durch die GDL und die bipolare Platte, welche
Konduktoren sind, zur Anode geleitet.
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An
der Anode treffen die durch die Elekrolytmembran zugeführten
Wasserstoffionen und die durch die bipolare Platte geleiteten Elektronen
den durch einen Luftversorger der Anode zugeführten Sauerstoff
in der Luft, und verursachen eine Reaktion, die Wasser erzeugt.
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Aufgrund
der zu diesem Zeitpunkt verursachten Bewegung der Wasserstoffionen
findet der Fluss von Elektronen durch einen externen Leitungsdraht
statt und somit wird ein Strom erzeugt.
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Die
Elektrodenreaktionen in der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle
können durch die folgenden Formeln dargestellt werden:
Reaktion
an der Anode: 2H2 → 4H+ +
4e–
Reaktion an der Kathode:
O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O
Gesamtreaktion:
2H2 + O2 → 2H2O + elektrische Energie + Wärmeenergie
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Wie
in den obigen Reaktionsgleichungen dargestellt, wird das Wasserstoffmolekül
an der Anode in vier Wasserstoffionen und vier Elektronen dissoziiert.
Die erzeugten Elektronen bewegen sich durch einen äußeren
Stromkreis, um einen elektrischen Strom zu generieren, und die erzeugten
Wasserstoffionen bewegen sich durch einen Elektrolyten zu der Kathode,
um die Elektroden-Reduktionsreaktion auszuführen.
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Entsprechend
hängt die Wirksamkeit der Brennstoffzelle von dem Maß der
Elektrodenreaktionen ab, und daher wird ein Katalysator in Nanogrösse
als ein Elektrodenmaterial verwendet.
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Die
Membranelektrodeneinheit des Brennstoffzellenstapels hat eine Struktur,
in der die Anode und Kathode an der dazwischen eingefügten
Polymerelektrolytmembran befestigt sind, und die Anode und Kathode
derart ausgebildet sind, dass eine Katalysatorschicht, einschließlich
Platinkatalysatorpartikel in Nanogröße auf einer
Elektrodenträgerschicht, wie beispielsweise Kohlenstoffpapier
oder Kohletuch, aufgebracht ist.
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Im
Allgemeinen wird eine Gasdiffusionsschicht mit feinen Poren und
gebildet durch Aufbringen von Rußpartikeln auf einer Elektrodenträgerschicht,
wie beispielsweise Kohlepapier oder Kohletuch, um Recktanten einheitlich
zur Membranelektrodeneinheit zu leiten, eine Gasdiffusionselektrode
genannt. Die Gasdiffusionselektrode kann einem hydrophoben Prozess
mit Fluorinharz unterzogen werden, um Reaktionsnebenprodukte, die
elektrochemisch auf der Katalysatorschicht der Kathode erzeugt werden,
abzuscheiden.
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Die
Membranelektrodeneinheit kann so gebildet werden, dass durch ein
geeignetes Verfahren eine Katalysatorschicht auf die Gasdiffusionsschicht aufgebracht
wird, und anschließend die Gasdiffusionsschicht, einschließlich
der Katalysatorschicht, thermisch zu einer Elektrolytmembran komprimiert wird.
Andererseits kann die Membranelektrodeneinheit so gebildet werden,
dass eine Katalysatorschicht auf eine Elektrolytmembran aufgebracht
wird, und anschließend eine Gasdiffusionsschicht daran
gebunden wird. Die Gasdiffusionsschichten in den obigen Strukturen
dienen gleichzeitig als Stromabnehmer.
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Dennoch
sind die meisten der in Brennstoffzellen verwendeten Elektrodenkatalysatoren
Edelmetalle, wie beispielsweise Platin, und daher sind die Herstellungskosten
hoch. Die Überspannung der Sauerstoffreduktionsreaktion
an der Kathode in der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ist
mehr als zehnmal größer als die der Wasserstoffoxidationsreaktion
an der Anode. Darüber hinaus wurde, mit der Verwendung
von Platin, das sehr teuer ist und eingeschränkte Vorkommen
hat, die Vermarktung verzögert.
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Es
wird berichtet, dass die pro kW verwendete Menge an Platin auf weniger
als 0.2 g reduziert werden soll, um Brennstoffzellfahrzeuge zu vermarkten.
Zu diesem Zweck begegnen einem zahlreiche technische Probleme und
folglich schritt eine ausgedehnte Forschung, darauf gerichtet, einen
Nicht-Platin-Katalysator zu entwickeln um das ökonomische Problem
zu lösen, weiter fort.
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Jedoch
hinsichtlich der Aktivierung von bisher entwickelten Nicht-Platin-Katalysatoren
besteht eine Schwierigkeit im Anwenden der Nicht-Platin-Katalysatoren
in den Brennstoffzellenelektroden. Entsprechend schritten ausgedehnte
Forschung und Entwicklung bezüglich Legierungskatalysatormaterialien,
bei denen die verwendete Menge an Platin reduziert ist, getrennt
von der Entwicklung von Nicht-Platin-Katalysatoren, weiter fort.
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Mit
der Verwendung von Legierungskatalysatormaterialien ist es möglich,
verglichen mit den reinen Platin-Katalysatoren, die Menge an verwendetem
Platin zu reduzieren, und es ist ferner möglich, eine Hochleistungs-Katalysatorelektrode
mit verbesserter Katalysatoraktivierung herzustellen und somit die
Vermarktung von Brennstoffzellfahrzeugen zu beschleunigen.
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Der
Legierungskatalysator weist eine Struktur auf, in der mehr als zwei
Metalle legiert sind, und unterscheidet sich somit von einem gemischten
Katalysator, in dem zwei Elemente gemischt sind.
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Der
Legierungskatalysator kann veranschaulicht werden durch eine kristallisierte
Pt-M-Legierung, die auf Kohlepulver hoch dispergiert ist, und üblicherweise
wird die Legierung mit Platin und 3-d-Band-Übergangsmetallen über
einen Polyol-Prozess gebildet. Jedoch ist bekannt, dass dieser Prozess
auf Grund der Komplexität des Herstellungsprozesses, der
Wärmebehandlung und verschiedener Nachteile, denen man
während eines Waschungsprozesses begegnet, nicht zur Massenherstellung geeignet
ist.
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Zusätzlich
zu dem Poyol-Prozess wurde die Synthese von Pt-M/C-Katalysatoren über
einen Carbonyl-Komplex-Weg durchgeführt, bei dem in einer Syntheselösung
unter Verwendung von CO-Gas ein Komplex gebildet, getrocknet und
durch Wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre
in einem Ofen reduziert wird. Dieses Verfahren hat jedoch Nachteile
dahingehend, dass das toxische CO-Gas verwendet wird, die Synthesezeit
erhöht ist, und es schwer ist, eine einheitliche Partikelverteilung
sicherzustellen.
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Die
obigen Angaben, die in diesem Abschnitt ”Hintergrund” offenbart
sind, dienen lediglich zur Verstärkung des Verständnisses
des Hintergrunds der Erfindung und können daher Angaben
enthalten, die nicht den Stand der Technik darstellen, der bereits
in diesem Land einem Durchschnittsfachmann bekannt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde in der Bestrebung gemacht, die obig
beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu lösen.
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In
einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Herstellen eines Platinlegierungs-Katalysators für eine
Brennstoffzellenelektrode bereit, wobei das Verfahren umfasst: (a)
Das Zugeben eines Kohlenstoffmaterials, eines Platinausgangsstoffes,
und eines Übergangsmetallausgangsstoffes zu Ethanol, sowie
das Dispergieren des Gemisches; (b) das Zugeben von Natriumacetatpulver, einer
Ammoniaklösung, die Ethanol als Lösungsmittel
enthält, oder Beides zu der in Schritt (a) erhaltenen Lösung,
und Rühren der erhaltenen Lösung; (c) das Zugeben
von Natriumborhydrid zu der in Schritt (b) erhaltenen Lösung,
und Reduzieren der Metallionen des Platinausgangsstoffes und des Übergangsmetallausgangsstoffes;
und (d) Erhalten eines Platinlegierungs-Katalysators in Pulverform
durch Wasch- und Trocknungsprozesse.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist in den Schritten
(a) und (b) der Ethanol wasserfreier Ethanol mit einem Wassergehalt
von 1% oder weniger.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt
(a) der Ethanol in einer Menge vom 800- bis 6400-fachen des Gesamtgewichts
der Metallionen verwendet, und in Schritt (b) wird das Natriumacetatpulver
in einer Menge vom 5- bis 50-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen
zugegeben, oder die Ammoniaklösung, die Ammoniak in einer
Menge vom 0,3- bis 4-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen enthält,
wird zugegeben.
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In
einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst
der Platinausgangsstoff mindestens einen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus PtCl4, K2PtCl4, H2PtCl6·xH2O, PtCl2, PtBr2, und PtO2.
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In
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst
der Platinausgangsstoff Platin in einer Menge von 5 bis 90 Gew.-%
bezogen auf das Gesamtgewicht des Kohlenstoffmaterials.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Übergangsmetallausgangsstoff eine
Verbindung, umfassend mindestens eine, ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Ni, Co, Fe, Cr, Cu, Ru, Pd, Sn, V, Mo, W, und
Ir.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Übergangsmetallausgangsstoff mindestens
eine, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NiCl2·6H2O,
CoCl2·6H2O,
NiBr2, NiCl2, RuCl3, CoCl2, FeCl2, FeCl3, FeCl2·4H2O,
FeCl3·6H2O, CrCl3, CrCl2, CrCl3·6H2O,
CuBr2, CuCl2, CuCl2·2H2O, PdCl2, PdCl3, SnCl2, SnBr2, SnCl4, SnCl2·2H2O, MoCl2, MoCl3, WCl4, WCl6, IrCl3, und IrCl3·xH2O.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Übergangsmetallausgangsstoff
ein Übergangsmetall in einer Menge von 5 bis 60 Gew.-%
bezogen auf das Gesamtgewicht des Platins.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das
Kohlenstoffmaterial eins ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Kohlepulver, Ruß, Acetylenruß, Ketjen black,
Aktivkohle, Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffnanofasern,
Kohlenstoffnanodrähte, Kohlenstoffnanohörner,
Kohlenstoff-Aerogel, Kohlenstoff-Xerogel und Kohlenstoff-Nanoringe.
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Es
ist verständlich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeugs-” oder
ein anderer, ähnlicher Begriff, wie hierin verwendet, Kraftfahrzeuge
im Allgemeinen, wie beispielsweise Personenkraftfahrzeuge, einschließlich
Geländewagen (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene gewerbliche
Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl
von Booten und Schiffen, Flugzeuge und Ähnliches einschließt.
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Die
obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind ersichtlich
aus oder werden detailliert dargestellt in den begleitenden Abbildungen,
welche in diese Beschreibung eingebunden sind und einen Teil der
Beschreibung darstellen, sowie aus der folgenden detaillierten Beschreibung,
welche zusammen dazu dienen, in beispielhafter Weise die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Die
obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun
im Detail beschrieben unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte
Ausführungsformen davon, die illustriert werden durch die
begleitenden Abbildungen, die nachstehend lediglich erläuternd
dargstellt und daher nicht limitierend für die vorliegende
Erfindung sind, und wobei:
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1 ein
Prozessdiagramm darstellt, das ein Verfahren zum Herstellen eines
Platinlegierungs-Katalysators (PT-M/C) in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein
Transmissionselektronenmikroskopie-(TEM)-Bild eines in Beispiel
1 hergestellten Platin-Nickellegierungs-Katalysators (PtNi/C) darstellt,
mit einem atomaren Verhältnis der Metalle von 1:1 und einem
Metallgehalt von 40 Gew.-%;
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3 einen
Graph darstellt, der Röntgenbeugungs-(XRD)-Muster von in
Beispiel 1 und vergleichenden Beispielen 1 bis 3 hergestellten PtNi/C-Legierungs-Katalysatoren
zeigt;
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4 einen
Graph darstellt, der Röntgenbeugungs-(XRD)-Muster eines
in Beispiel 2 hergestellten Platin-Kobaltlegierungs-Katalysators
zeigt mit einem atomaren Verhältnis der Metalle von 1:1 und
einem Metallgehalt von 40 Gew.-%;
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5 ein
zyklisches Voltammogramm darstellt, das die Ergebnisse der zyklischen
Voltammetriemessung des in Beispiel 1 hergestellten PTNi/C-Legierungs-Katalysators
zeigt;
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6 einen
Graph darstellt, der die Ergebnisse eines Experiments der rotierenden
Scheibenelektrode zeigt, um die Aktivierung für die Sauerstoffreduktionsreaktion
des in Beispiel 1 hergestellten PtNi/C-Legierungs-Katalysators zu
messen;
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7 einen
Graph darstellt, der die Ergebnisse einer Elementarzellenevaluierung
des in Beispiel 1 hergestellten PtNi/C-Legierungs-Katalysators zeigt;
und
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8 eine
Tabelle ist, die die Ergebnisse der Atomverhältnisse von
Platin und Nickel in den in Beispiel 1 und vergleichenden Beispielen
1 bis 3 hergestellten Legierungskatalysatoren zeigt, gemessen unter
Verwendung eines induktiv gekoppelten Plasma-Atom-Emissionsspektrometers.
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Es
ist zu verstehen, dass die angefügten Abbildungen nicht
zwingend maßstabsgetreu sind, sondern eine vereinfachte
Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, welche
die Grundprinzipien der Erfindung erläutern. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale
der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, einschließlich
zum Beispiel, spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Positionen und
Formen, werden zum Teil durch die bestimmte, beabsichtigte Anwendung,
sowie Verwendungsumgebung bestimmt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im
Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den hiernach
angefügten Abbildungen illustriert werden, wobei gleiche
Bezugszeichen sich durchgängig auf gleiche Elemente beziehen.
Die Ausführungsformen werden nachfolgend beschrieben, um
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen zu
erklären.
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Wie
oben diskutiert, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Herstellen eines Platinlegierungs-Katalysators für
eine Brennstoffzellenelektrode bereit, und insbesondere stellt die
vorliegende Erfindung einen hochwirksamen Platinlegierungs-Nanokatalysator
bereit, der als Elektrodenmaterial für eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle
verwendet werden kann. Der durch die vorliegende Erfindung hergestellte
Legierungs-Nanokatalysator kann nützlicherweise in einer
Kathodenelektrode für die Sauerstoffreduktionsreaktion
verwendet werden. Der durch die vorliegende Erfindung hergestellte
Legierungs-Nanokatalysator umfasst ein hochdispergiertes Platin
und ein Übergangsmetall (Nickel, Kobalt, Eisen, Chrom,
Ruthenium, Kupfer, etc.), und kann als Material sowohl für
die Sauerstoffreduktionselektrode (Kathode) als auch eine Wasserstoffoxidationselektrode
(Anode) verwendet werden. Mit der Verwendung des Legierungs-Katalysators
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Menge an zu
verwendendem Platin zu reduzieren und dadurch die Herstellungskosten
zu senken.
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Das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird detaillierter
beschrieben.
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Wie
oben diskutiert umfasst das Verfahren: (a) Zugeben eines Kohlenstoffmaterials,
eines Platinausgangsstoffes, und eines Übergansmetallausgangsstoffes
zu Ethanol, sowie Dispergieren des resultierenden Gemisches; (b)
Zugeben von Natriumacetatpulver, einer Ammoniaklösung,
die Ethanol als ein Lösungsmittel enthält, oder
Beides zu der in Schritt (a) erhaltenen Lösung; (c) Zugeben
von Natriumborhydrid zu der in Schritt (b) erhaltenen Lösung, und
Reduzieren der Metallionen des Platinausgangsstoffes und des Übergangsmetallausgangsstoffes; und
Erhalten eines Platinlegierungs-Katalysators in Pulverform durch
Wasch- und Trocknungsprozesse.
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Ausführlicher
werden ein Kohlenstoffmaterial, ein Platinausgangsstoff und ein Übergangsmetallausgangsstoff
in Ethanol dispergiert, um ein Gemisch herzustellen. Zu diesem Gemisch
werden Natriumacetatpulver, eine Ammoniaklösung, die Ethanol
als ein Lösungsmittel enthält, oder Beides zugegeben.
Das Natriumacetatpulver und die Ammoniaklösung fördern
die Bildung der Legierungsnanopartikel.
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Vorzugsweise,
da der Ethanol als ein Lösungsmittel verwendet wird, wird
wasserfreier Ethanol, welcher kein oder eine geringe Menge an Wasser
enthält, verwendet, was hilft, einen Katalysator mit einem
höheren Legierungsgehalt zu erhalten. Vorzugsweise wird
wasserfreier Ethanol mit einem Wassergehalt von 1% oder weniger
verwendet.
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Zum
Beispiel wird eine geeignete Menge des Kohlenstoffmaterials zu wasserfreiem
Ethanol mit einem Wassergehalt von 1% oder weniger gegeben und durch
Rühren, Sonifizierung, bzw. Rühren für eine
geeignete Zeitspanne, dispergiert. Vorzugsweise wird das Kohlenstoffmaterial
zum Ethanol gegeben und durch Rühren für ungefähr
30 Minuten, Sonifizierung für ungefähr 20 Minuten
und Rühren für ungefähr 30 Minuten dispergiert.
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In
diesem Fall kann das Kohlenstoffmaterial eins oder mehr, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoffpulver, Ruß, Acetylenruß,
Ketjen black, Aktivkohle, Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffnanofasern,
Kohlenstoffnanodrähte, Kohlenstoffnanohörner,
Kohlenstoff-Aerogel, Kohlenstoff-Xerogel und Kohlenstoffnanoringe,
sein.
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Nachfolgend
wird eine Metallausgangsstofflösung durch Lösen
eines Platinausgangsstoffes und eines Übergangsmetallausgangsstoffes
(z. B. eines Nickelausgangsstoffes) in Ethanol (z. B. wasserfreiem
Ethanol mit einem Wassergehalt von 1% oder weniger) hergestellt.
Die Metallausgangsstofflösung wird dann zu der Ethanollösung,
die das darin dispergierte Kohlenstoffmaterial enthält,
gegeben.
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Die
Menge an verwendetem Platinausgangsstoff wird so angepasst, dass
die Menge an reinem Platin 5 bis 30 wt% bezogen auf das Gesamtgewicht
des Kohlenstoffmaterials beträgt. Darüber hinaus
wird die Menge an verwendetem Übergangsmetallausgangsstoff
so angepasst, dass die Menge an reinem Übergansmetall 5
bis 60 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Kohlenstoffmaterials
beträgt.
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Der
Platinausgangsstoff kann umfassen mindestens einen, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus PtCl4, K2PtCl4, PtCl2, PtBr2, und PtO2 ohne Wassermolekühle, und H2PtCl6·xH2O, welches Wassermoleküle enthält.
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Der Übergangsmetallausgangsstoff
kann eine Verbindung sein, umfassend mindestens eine, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co, Fe, Cr, Cu, Ru, Pd, Sn, V,
Mo, W, und Ir. Zum Beispiel kann der Übergansmetallausgangsstoff
mindestens eine Verbindung umfassen, die Wassermoleküle
enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NiCl2·6H2O,
CoCl2·6H2O,
FeCl2·4H2O,
FeCl3·6H2O, CrCl3·6H2O,
CuCl2·2H2O,
SnCl2·2H2O,
IrCl3·xH2O
einschließlich Ni, Co, Fe, Cr, Cu, Sn, und Ir, oder kann mindestens
eine Verbindung, die keine Wassermoleküle enthält,
umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NiBr2, NiCl2, RuCl3, CoCl2, FeCl2, FeCl3, CrCl3, CrCl2, CuBr2, CuCl2, PdCl2, PdCl3, SnCl2, SnBr2, SnCl4, MoCl2, MoCl3, WCl4, WCl6 und IrCl3 einschließlich
Ni, Co, Cu, Fe, Ru, Cr, Pd, Sn, Mo, W, und Ir.
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Es
ist vorzuziehen, 100 bis 800 ml Ethanol, bezogen auf 0,1 g der Gesamtmetallionen
zu verwenden (d. h. das 800- bis 6400-fache des Gesamtgewichts der
Metallionen; Ethanoldichte von 0,8 g/ml). Wenn Ethanol in einer
Menge von weniger als dem 800-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen
verwendet wird (hier 100 ml) kann es zur Kohäsion zwischen
Legierungsnanopartikeln während der Metallreduktion kommen,
und dadurch kann die Dispersion der Legierungsnanopartikel sich
verschlechtern. Im Gegensatz dazu, wenn er in einer Menge mehr als
das 6400-fache des Gesamtgewichts der Metallionen verwendet wird
(hier 800 ml) kann das Übergangsmetall nicht reduziert
werden.
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Anschließend,
als kontinuierlicher Prozess, wird eine geeignete Menge an Natriumacetatpulver, Ammoniaklösung
oder einem Gemisch davon zugegeben. Vorzugsweise kann die Zugabemenge
ungefähr das 10-fache des molaren Verhältnisses
von Platin sein. Es ist offensichtlich, dass eine geeignete Menge
an Natriumacetat und Ammoniak in Übereinstimmung mit einem
Wechsel in der Menge des Lösungsmittels (Ethanol) oder
einem Wechsel in der Menge der Metalle verwendet werden soll.
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Vorzugsweise
wird Natriumacetat in einer Menge von dem 5- bis 40-fachen des Gesamtgewichts
der Metallionen zugegeben. Wenn Natriumacetat in einer Menge geringer
als das 5-fache des Gesamtgewichts der Metallionen verwendet wird, wird
die Funktion der Aggregatbildung zwischen der Platinausgangsstoffverbindung
und der Übergangsmetallausgangsstoffverbindung vor der
Reduktion geschwächt, die Funktion als Stabilisator wird
auf Grund einer geringen Konzentration nach der Reduktion reduziert,
und daher ist es schwierig eine einheitliche Nanopartikelgrößenverteilung
zu erhalten. Auf der anderen Seite, wenn Natriumacetat in einer
Menge verwendet wird, die das 40-fache des Gesamtgewichts der Metallionen überschreitet,
finden auf Grund der erhöhten Konzentration des Natriumacetats
verstärkt individuelle Wechselwirkungen zwischen der Platinausgangsstoffverbindung
und der Übergangsmetallausgangsstoffverbindung statt, und daher
werden individuelle Platin- und individuelle Übergansmetallnanopartikel
nach der Reduktion hergestellt.
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Da
die Legierung auf Atomebene eine hohe Aktivität in der
Brennstoffzelle zeigt, gibt es in der vorliegenden Erfindung einen
optimalen Konzentrationsbereich an Natriumacetat. Zum Beispiel wenn
Ethanol in einer Menge des 3200-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen
verwendet wird, kann das Natriumacetat in einer Menge von dem 10-
bis 25-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen verwendet werden.
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Wenn
die Ammoniaklösung statt Natriumacetat zugegeben wird,
ist es vorzuziehen, die Menge an Ammoniaklösung so einzustellen,
dass sie das 0,3- bis 4-fache des Gesamtgewichts der Metallionen beträgt.
Hier kann die Ammoniaklösung eine 2 mol/l Ammoniak-Ethanol-Lösung
sein, wobei Ammoniak in Ethanol (z. B. wasserfreiem Ethanol mit
einem Wassergehalt von weniger als 1%) gelöst ist. Wenn
Ammoniak in einer Menge geringer als das 0.3-fache des Gesamtgewichts
der Metallionen verwendet wird, ist eine vollständige Wechselwirkung
mit der gesamten Metallausgangsstoffverbindung auf Grund der geringen
Konzentration unmöglich. Entsprechend wird das Übergangsmetall
nicht in gleichem Maß wie die zugegebene Menge reduziert
sondern geht verloren. Im Gegensatz dazu wird, wenn Ammoniak in
einer Menge verwendet wird, die das 4-fache des Gesamtgewichts der
Metallionen überschreitet, die Bindungskraft mit der Platinausgangsstoffverbindung
erhöht, und daher kann eine kleine Menge an Platin nicht
reduziert werden.
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Da
die Legierung auf Atomebene eine hohe Aktivität in der
Brennstoffzelle zeigt, gibt es in der vorliegenden Erfindung einen
optimalen Konzentrationsbereich an Ammoniak. Zum Beispiel kann,
wenn Ethanol in einer Menge von dem 3200-fachen des Gesamtgewichts
der Metallionen verwendet wird, Ammoniak im Bereich vom 0,5- bis
2,2-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen verwendet werden.
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In
dem Fall, wo ein Gemisch von Natriumacetat und Ammoniak zugegeben
wird, kann Ammoniak vom 0,5- bis 2,2-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen
und Natriumacetat vom 10- bis 25-fachen des Gesamtgewichts der Metallionen
verwendet werden.
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Anschließend
wird das resultierende Gemisch für 4 bis 12 Stunden gerührt
und insbesondere für mindestens 4 Stunden derart, dass
der Metallausgangsstoff vollständig mit dem Natriumacetat
oder Ammoniak gemischt werden kann.
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Anschließend
wird Natriumborhydridpulver als ein Reduktionsmittel in einer geeigneten
Menge an Ethanol gelöst und dann zugegeben. Zum Beispiel wird
Natriumborhydrid in ungefähr 1/6 Volumen des Gesamtvolumens
der Lösung in Ethanol gelöst. Zu diesem Zeitpunkt
ist es vorzuziehen, dass die Menge an Natriumborhydrid 2 bis 5 Äquivalente
bezogen auf das Platin mit einer Valenz von +4 hinsichtlich des Oxidationszustandes
der Gesamtmetalle beträgt. Hier bedeutet ”1 Äquivalent” 1
Mol an Natriumborhydrid, das in der Lage ist, 1 Mol Platin mit einer
Valenz von +4 zu reduzieren. Während der Zugabe des Reduktionsmittels
wird die Rührrate der Lösung auf das Maximale
erhöht, so dass das zugegebene Natriumhydrid durch Reagieren
mit dem Metallausgangsstoff so bald wie möglich reduziert
werden kann.
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Entsprechend
wird Stickstoff oder Argon kontinuierlich injiziert, bevor die gemischte
Lösung des Platinausgangsstoffes und des Übergangsmetallausgangsstoffes
zugegeben wird und bis die Metallreduktion durch das Reduktionsmittel
vollständig ist, wodurch die Entstehung von Metalloxiden
verhindert wird.
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Danach
wird das resultierende Gemisch gewaschen. Im Waschprozess wird vorzugsweise
deionisiertes (DI) Wasser verwendet. Nach dem Waschprozess wird
es im Temperaturbereich von 30 bis 100°C getrocknet, wodurch
ein Legierungskatalysator in Pulverform hergestellt wird. Zu diesem
Zeitpunkt, wenn die Temperatur weniger als 30°C beträgt,
dauert es eine lange Zeit, um das getrocknete Pulver zu bilden,
oder es kann sich ein unvollständig getrocknetes Pulver
bilden. Auf der anderen Seite, wenn die Temperatur 100°C übersteigt,
kann der Katalysator oxidiert werden.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung beschrieben unter Bezugnahme
auf die folgenden Beispiele; Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht
auf die Beispiele beschränkt.
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Beispiele und vergleichende
Beispiele
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In
Beispiel 1 wurde ein PtNi/C-Legierungs-Elektrodenmaterial mit einem
Metallgehalt von 40 Gew.-% in Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt. Der Herstellungsprozess
wird im Detail unter Bezugnahme auf nachstehende 1 beschrieben.
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Zunächst
wurden 0,15 g Kohlenstoffträger (Cabot, Vulcan XC-72R)
zu 300 ml wasserfreiem Ethanol mit einem Wassergehalt von 1% oder
weniger zugegeben, und für ungefähr 30 Minuten
gerührt, für ungefähr 20 Minuten sonifiziert,
und für ungefähr 30 Minuten gerührt.
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Anschließend
wurden 0,1328 g an Platinausgangsstoff (PtCl4)
beziehungsweise 0,0937 g an Nickelausgangsstoff (NiCL2·6H2O) in ein 20 ml Flakon gegeben, 20 ml an
wasserfreiem Ethanol wurde dazugegeben, um die Ausgangsstoffe zu
lösen, und die resultierenden Lösungen wurden
zu der Lösung, die den darin dispergierten Kohlenstoffträger
enthält, gegeben.
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Anschließend
wurden 1,455 g Natriumacetatpulver zu der Lösung gegeben
und für mindestens 4 Stunden gerührt, wodurch
das Natriumacetat in Ethanol gelöst wurde und sich mit
den Metallausgangsstoffen verbunden hat.
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Anschließend
wurden 0,112 g an Natriumborhydrid (NaBH4)
in ein 20 ml-Flakon gegeben und 20 ml an wasserfreiem Ethanol zugegeben
und für ungefähr einer Minute externer Vibration
ausgesetzt, um das Natriumborhydrid zu lösen. Die dadurch
hergestellte Lösung, die 20 ml an Ethanollösung
enthält, wurde zu der Lösung gegeben, die die
darin gelösten Metallausgangsstoffe enthält, und
energisch für ungefähr 30 Minuten gerührt,
sowie für mindestens eineinhalb Stunden bei einer reduzierten
Rührrate gehalten. Vor Zugabe der Lösung, die
20 ml an Ethanollösung enthält, zu der Lösung,
die die Metallausgangsstoffe enthält, wurde die Lösung,
die die Metallausgangsstoffe enthält, für ungefähr
1 Minute gerührt sowie für ungefähr 15
Sekunden sonifiziert, und die Rührrate wurde auf Maximale
erhöht. Es wurde berichtet, dass alle Metallausgangsstoffverbindungen
für mindestens ungefähr 2 Stunden unter Metallreduktionsbedingungen,
in denen Wasser nicht anwesend ist, reduziert werden können.
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Danach
kann der Kohlenstoff-getragene Legierungs-Nanopartikelkatalysator
nach einem Waschprozess unter Verwendung von DI-Wasser und einem
Trockenprozess bei 70°C erhalten werden.
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2 stellt
ein Transmissionselektronenmiskroskop(TEM)-Bild des in Beispiel
1 hergestellten Platin-Nickel-Legierungs-Katalysators (PtNi/C) dar, mit
einem Atomverhältnis an Metallen von 1:1 und einem Metallgehalt
von 40 Gew.-%. Es kann der Figur entnommen werden, dass PtNi-Legierungsnanopartikel
mit einem Durchmesser von ungefähr 3 bis 5 mm gebildet
werden. Darüber hinaus ist zu sehen, dass die PtNi-Legierungsnanopartikel
sehr dicht dispergiert sind, da das Gesamtgewicht der Metalle 40
wt% bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators ausmacht. Eine
beachtliche Menge an Partikeln sind aneinander adhäriert.
Als Grund dafür wird angenommen, dass das molare Verhältnis
der Gesamtmetalle erhöht ist, da Nickel mit einem Gewicht
von ungefähr 1/3 oder weniger des Platins zu ungefähr
50 Atomprozent vorliegt. Im Ergebnis wird eine große Anzahl
an Partikeln gebildet, so dass der Bereich, der nötig ist
um die Metalle zu tragen, nicht ausreichend ist.
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Beispiel
2 ist das selbe wie Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass ein Legierungskatalysator
unter Verwendung von Co als Übergangsmetall anstelle von
Ni hergestellt wurde.
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Vergleichendes
Beispiel 1 ist das selbe wie Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass
kein Natriumacetat als Stabilisator zugegeben wurde.
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Vergleichendes
Beispiel 2 ist das selbe wie Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass
Ammoniak als Stabilisator verwendet wurde anstatt Natriumacetat.
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Vergleichendes
Beispiel 3 ist das selbe wie Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass
Natriumacetat und Ammoniak zusammen verwendet wurden.
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3 stellt
einen Graph dar, der Röntgenbeugungs-(XRD)-Muster von in
Beispiel 1 und vergleichenden Beispielen 1 bis 3 hergestellten PtNi/C-Legierungskatalysatoren
zeigt.
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In
Beispiel 1 wurde nur Natriumacetat als ein Additiv verwendet. Der
handelsübliche unten dargestellte Katalysator (40 wt%,
Pt/C, bereitgestellt von Johnson & Matthey)
wurde zu Vergleichszwecken unter den selben Messbedingungen gemessen.
Es ist zu sehen, dass der signifikanteste Unterschied der ist, dass
Peaks von Pt (111) und Pt (220) zu hohen 2θ-Werten verschoben
wurden. Der Grund dafür ist, dass die Atomgröße
von Ni ungefähr 11% kleiner ist als die von Pt. Da die
Gitterkonstante auf Grund des kleinen Ni, wenn im Austausch eine
feste Lösung gebildet wird, reduziert ist, werden die Peaks
entsprechend bei der XRD-Messergebnisse zu höheren 2θ-Werten
verschoben. Je höher die Änderung im 2θ-Wert,
je höher der Legierungsgehalt. Da das in Übereinstimmung
mit Beispiel 1 hergestellte Elektrodenmaterial eine sehr hohe Peak-Verschiebung
zeigt im Vergleich mit dem handelsüblichen Katalysator (40
Gew.-%, Pt/C, bereitgestellt von Johnson & Matthey), ist der Legierungsgehalt
des in Übereinstimmung mit Beispiel 1 hergestellten Elektrodenmaterials
sehr hoch.
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4 stellt
einen Graph dar, der Röntgenbeugungs(XRD)-Muster des in
Beispiel 2 hergestellten Platin-Kobalt-Legierungs-Katalysators mit
einem Atomverhältnis der Metalle von 1:1 und einem Metallgehalt
von 40 Gew.-% zeigt. Der unten gezeigte handelsübliche Katalysator
(40 Gew.-%, Pt/C, bereitgestellt von Johnson & Matthey) wurde zu Vergleichszwecken
unter den gleichen Messbedingungen gemessen. Wie oben unter Bezugnahme
auf 3 beschrieben, ist der signifikanteste Unterschied
der, dass die Peaks von Pt (111) und Pt (220) zu hohen 2θ-Werten
verschoben waren, und der Grund hierfür ist der selbe wie
oben.
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5 ist
ein zyklisches Voltamogramm, das die Ergebnisse der zyklischen Voltametriemessung von
40 Gew.-% des in Beispiel 1 hergestellten PtNi/C-Legierungs-Katalysators,
sowie des handelsüblichen Katalysators (Gew.-%, Pt/C, bereitgestellt von
Johnson & Matthey),
gemessen in einer Halbzelle, zeigt. In 5 ist die
Stromdichte ein Wert pro 1 mg an der Elektrode zugegebenem Platin
pro Einheit Elektrodenbereich. Der Bereich für die Wasserstoffabsorption
und -desorption ist ähnlich oder geringfügig größer
als der von Pt/C.
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Ohne
die Theorie beschränken zu wollen, können einige
Gründe hierfür wie folgt sein. Zunächst ist
es, weil Platin auf der Oberfläche in einer Oberflächenkonzentration
vorhanden ist, die höher ist als das nominelle Verhältnis
verglichen mit Nickel. Zweitens, da das gemessene Elektrodenmaterial
nicht einer Hitzebehandlung, sondern lediglich einem Trockenprozess
bei einer Temperatur unter 100°C ausgesetzt war, kann die
Platin-Nickel-Struktur auf Grund des Legierens mit Nickel hochgradig
ungeordnet sein. Entsprechend kann das d-Band-Zentrum von Platin
nach oben verschoben sein im Vergleich zu reinen Platinnanopartikeln.
Schließlich ist der durchschnittliche Durchmesser der Legierungsnanopartikel
geringfügig kleiner als der des handelsüblichen
Katalysators (Pt/C, bereitgestellt von Johnson & Matthey), was den Oberflächenbereich
in diesem Umfang vergrößern kann. Solche Ergebnisse
können mit den Wirkungen von Natriumacetat und Ammoniak
zusammenhängen. Entsprechend ist zu erwarten, dass eine
signifikante Menge an Platinatomen, die eine aktive Stelle der Sauerstoffreduktionsreaktion sein
können, auf der Oberfläche exponiert wird, im Sinne
eines großen Bereichs für Wasserstoffabsorption
und -desorption, sowie eines Oxidationsbereichs, ähnlich
reinen Platinnanopartikeln.
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6 stellt
einen Graph dar, der die Ergebnisse eines Experiments der rotierenden
Scheibenelektrode zur Messung der Aktivierung für Sauerstoffreduktionsreaktion
in einer Halbzelle des in Beispiel 1 hergestellten PtNi/C-Legierungskatalysators
zeigt. 0,5 M an Schwefelsäurelösung wurde als
ein Elektrolyt verwendet. Wie in 6 gezeigt,
ist die Stromdichte des PtNi/C-Legierungskatalysators bei der selben
Spannung höher als die des handelsüblichen Katalysators
(40 Gew.-%, Pt/C, bereitgestellt von Johnson & Matthey). Wenn die Schwefelsäurelösung
verwendet wird, wird die Absorption von HSO4 –-Ionen die dominante Umgebung,
und so hat die OH–-Ionen-Vergiftung
eine geringe Auswirkung. Entsprechend wird bestimmt, dass die Zunahme
an Aktivierung der Sauerstoffreduktionsreaktion durch einen Wechsel
in der Elektronenstruktur des Oberflächenplatins, d. h.
bei einer Abwärtsverschiebung des d-Band-Zentrums verursacht
wird. Es ist zu erwarten, dass die Zunahme in der Aktivierung der
Halbzelle zu einer verbesserten Leistung in der Stromdichtemessung
auch in einer Vollzelle führt, und es kann 6 entnommen
werden, dass der PtNi/C-Legierungskatalysator eine Leistung aufweist,
die vergleichbar oder höher ist als die des handelsüblichen
Katalysators.
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Währenddessen
ist es möglich, unter Verwendung des Legierungskatalysators
der vorliegenden Erfindung eine Membranelektrodeneinheit (MEA) für
eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle zu bilden. In diesem
Fall kann eine Katalysatorschicht, die den Legierungskatalysator
und das Wasserstoffionen-leitende Polymer enthält, entweder als
Anode oder als Kathode verwendet werden, und die Anode und die Kathode
werden an beiden Enden der Polymerelektrolytmembran positioniert.
Der Gehalt des Wasserstoffionen-leidenden Polymers kann im Bereich
von 20 bis 60 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Legierungskatalysators
liegen.
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7 stellt
einen Graph dar, der die Ergebnisse der Messung der Stromspannungseigenschaften
des in Beispiel 1 hergestellten Legierungskatalysators zeigt, unter
Verwendung eines Brennstoffzellevaluierungssystems. Zu diesem Zweck
wurde eine MEA gebildet, eine Elemetarzelle daran angeschlossen,
und die resultierende Einheit wurde dem Brennstoffzellevaluierungssystem
zugeführt, um die Evaluierung durchzuführen.
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Zunächst
wurde, um einen Katylsatorschlamm herzustellen, der Legierungskatalysator von
Beispiel 1 mit einem Lösungsmittel gemischt und durch Sonifikation
und Rühren vollständig dispergiert. Anschließend
wurde ein Ionomer (Wasserstoffionen-leitendes Polymer) zugegeben
und durch wiederholtes Durchführen von Sonifikation und
Rühren vollständig dispergiert. Zu diesem Zeitpunkt
wurde das Lösungsmittel unter verringertem Druck evaporiert,
um einen geeigneten Feststoffgehalt und Viskosität bereitszustellen.
Es ist vorzuziehen, dass der Feststoffgehalt des Katalysatorschlamms
im Bereich von 5 bis 30 wt% liegt. Der hergestellte Schlamm wurde
unter Verwendung eines Planetenmahlwerks pulverisiert, um die Partikelgröße
kleiner und einheitlicher zu machen. Beads mit einem Durchmesser
von 1 bis 10 mm wurden in einer Menge von 50 bis 500 Gew.-% bezogen
auf das Gesamtgewicht des Katalysatorschlamms verwendet. Es ist
vorzuziehen, dass die Drehzahl im Bereich von 20 bis 200 rpm liegt,
und die Drehzeit im Bereich von 0.1 bis 5 Stunden. Darüber
hinaus ist es vorzuziehen, dass der hergestellte Katalysatorschlamm
einen Feststoffgehalt (Katalysator und Ionomer) im Bereich von 8
bis 30 Gew.-% besitzt. Der schlussendliche Katalysatorschlamm wurde
auf ein Trägerpapier aufgetragen, im Temperaturbereich
von 30 bis 130°C getrocknet, und thermischer Kompression
unterzogen, wodurch eine MEA gebildet wurde. Es ist vorzuziehen,
dass die Temperatur der thermischen Kompression im Bereich von 100
bis 180°C liegt, die Zeit der thermischen Kompression im
Bereich von 0,5 bis 30 Minuten liegt, und der Druck der thermischen
Kompression im Bereich von 50 bis 300 kgf liegt. Nach der thermischen
Kompression wurde das Trägerpapier entfernt, um die Bildung
der MEA zu vervollständigen. Nachdem eine Gasdiffusionsschicht
(GDL) beiden Enden der so gebildeten MEA zugeführt wurde
und eine Elementarzelle daran angeschlossen wurde, wurde die Evaluierung
durchgeführt.
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Wie
aus 7 zu verstehen ist, weist die durch das Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellte Elementarzelle aus PtNi/C
eine exzellentere Leistung auf als die des Pt/C-Katalysators, einem handelsüblichen
Katalysator. Obwohl der PtNi/C aus Platin und Nickel in einem Atomverhältnis
von 1:1 gebildet wird, weist er eine exzellentere Leistung auf als die
des handelsüblichen reinen Platinmaterials, was bedeutet,
dass er eine Wirkung bereitstellt, die höher ist als die
des handelsüblichen reinen Platinmaterials, obwohl die
Menge an verwendetem Platin um ungefähr 23.1% reduziert
ist im Vergleich mit der Menge an reinem Platin.
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8 stellt
eine Tabelle dar, die die Ergebnisse der Atomverhältnisse
von Platin und Nickel in den in Beispiel 1 und den vergleichen Beispielen
1 bis 3 hergestellten Legierungskatalysatoren zeigt, gemessen unter
Verwendung eines induktiv gekoppelten Plasma-Atom-Emmissions-Spektrometers, was
zeigt, dass es möglich ist, das Legierungsverhältnis
an Typ und Menge des Stabilisators anzupassen.
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So
ist es auch gemäß der vorliegenden Erfindung möglich,
unter Verwendung eines Elements mit einem d-Band an hoher Elektronendichte,
wie beispielsweise Platin und einem Übergangsmetallelement,
Legierungsnanopartikel zu synthetisieren und einen Katalysator herzustellen,
bei dem die Legierungspartikel des Platins und des Übergangsmetallelements
auf Kohlenstoff in einem Nanogrößenbereich getragen
werden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist es gemäß dem Verfahren
zur Herstellung des Platin-Legierungs-Katalysators für
eine Brennstoffzellenelektrode in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung möglich, einen Legierungskatalysator
herzustellen, in dem Platin-Übergangsmetalllegierungspartikel
in Nanogrösse von einem Kohlenstoffträger getragen
werden, und so kann der hergestellte Legierungskatalysator effektiv
verwendet werden, um eine Hochleistungskatalysatorelektrode zu bilden,
die in einer Anode oder Kathode einer Brennstoffzelle verwendbar
ist. Insbesondere kann mit der Verwendung des Legierungskatalysators
in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Menge
an verwendetem Platin reduziert werden, und daher ist es möglich,
die Herstellungskosten zu reduzieren und Hochleistungskatalysatorelektroden
sowie eine Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle
herzustellen.
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Die
Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
davon beschrieben. Dennoch wird der Fachmann verstehen, dass Veränderungen
in diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können,
ohne von den Prinzipien und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen,
deren Umfang in den angefügten Ansprüchen und
ihren Äquivalenten definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2008-0021708 [0001]