DE102020204163A1

DE102020204163A1 - Katalysatorkomplex für brennstoffzelle und verfahren zudessen herstellung

Info

Publication number: DE102020204163A1
Application number: DE102020204163.6A
Authority: DE
Inventors: Jung Han Yu; Bo Ki Hong; Jong Kil Oh; Hyun Joo Lee; Chi Woo Roh
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Hyundai Motor Co; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST; Kia Corp
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2020-12-31
Also published as: CN112151811A; US20200411881A1; US11735746B2; KR20210001132A

Abstract

Es wird ein Katalysatorkomplex für eine Brennstoffzelle offenbart. Der Katalysatorkomplex umfasst einen Träger, enthaltend Kohlenstoff (C), Platin (Pt), das auf dem Träger geträgert ist, und eine Iridium (Ir)-Verbindung, die auf dem Träger geträgert ist, und die Iridiumverbindung umfasst zumindest eines von einem durch die chemische Formel 1, IrOx, dargestellten Iridiumoxid und einem durch die chemische Formel 2, IrMOx, dargestellten Iridium-Übergangsmetalloxid, worin M ein Übergangsmetall ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Co, Cu, Ni und Kombinationen hiervon, und x von 1 bis 2 beträgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysatorkomplex für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen ist eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) in einer Brennstoffzelle für ein Fahrzeug eingesetzt worden. Diese Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle muss in einem großen Stromdichtebereich stabil laufen, um die normalerweise erforderliche hohe Leistungsabgabe von zumindest einigen zehn kW unter verschiedenen Betriebsbedingungen, die bei Fahrzeugen auftreten, bereitzustellen.
Typischerweise ist eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle in der Form eines Stapels (stack) verwendet worden, der aufgebaut ist durch Stapeln von Einheitszellen, um ein erforderliches Leistungsabgabeniveau zu erreichen. Auch ist eine Membran-Elektrodeneinheit (membrane-electrode assembly, MEA) an der innersten Position der Einheitszellstruktur eines Brennstoffzellen-Stapels lokalisiert, und die Membran-Elektrodeneinheit (MEA) kann eine Elektrolytmembran, die in der Lage ist, Protonen zu bewegen, und eine Anode und eine Kathode, die auf den jeweiligen Seiten der Elektrolytmembran vorgesehen sind, umfassen. Nachstehend kann der Ausdruck „Brennstoffzelle“ eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle bezeichnen.
Ferner werden eine Gasdiffusionsschicht (GDL) und eine Dichtung auf der Außenseite der MEA gestapelt. An die Außenseite der Gasdiffusionsschicht (GDL) können der äußere Bereich, worin die Anode und die Kathode lokalisiert sind, und ein Separator oder eine bipolare Platte, die ein Fließgebiet bereitstellt, durch welches reaktives Gas, Kühlwasser und Wasser, das durch die Reaktion gebildet wird, fließen, gebunden sein. Bei der elektrochemischen Reaktion zur Erzeugung von Elektrizität durch die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle wird Wasserstoff, der zu der Anode zugeführt wird, welche die Oxidationselektrode der Brennstoffzelle ist, in Protonen und Elektronen getrennt, wonach die Protonen sich durch die Polymerelektrolytmembran zur Kathode, die die Reduktionselektrode ist, bewegen und die Elektronen sich durch den externen Kreis zur Kathode bewegen, und an der Kathode reagieren die Sauerstoffmoleküle, die Protonen und Elektronen miteinander, um zusammen mit Wasser als einem Reaktions-Nebenprodukt Elektrizität und Wärme zu generieren. Obwohl die geeignete Wassermenge, die während der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffzelle produziert wird, eine wünschenswerte Rolle bei der Beibehaltung der Feuchthaltung der Membranelektrodeneinheit (MEA) spielt, tritt ein „Überfluss“ oder „Fluten“ mit Wasser bei hoher Stromdichte auf, wenn überschüssiges Wasser generiert und nicht gut entfernt wird, und dieses überflutende Wasser verhindert, dass die reaktiven Gase effizient in die Brennstoffzelle eingeführt werden können, wodurch in nicht-wünschenswerterweise der Spannungsverlust weiter erhöht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem bevorzugten Aspekt wird ein Katalysatorkomplex bereitgestellt, der in einer Membranelektrodeneinheit (MEA) enthalten ist, welcher ein hochgradig dispergierter, hochaktiver Spannungsumkehrkatalysator sein kann, um somit das Phänomen der irreversiblen Spannungsumkehr zu verbessern.
In einem bevorzugten Aspekt wird ein Katalysatorkomplex bereitgestellt, worin IrO_x und Pt zusammen auf einem Kohlenstoffträger geträgert sein können und worin auch eine hochgradig dispergierte Struktur gebildet sein kann, anders als bei einer konventionellen Elektrodenstruktur, worin die Verteilung von IrO_x beschränkt ist.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die Vorstehenden beschränkt, und andere spezifische Inhalte der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen enthalten.
In einem Aspekt wird ein Katalysatorkomplex bereitgestellt, der in einer Elektrode für eine Brennstoffzelle enthalten sein kann. Der Katalysatorkomplex kann einen Träger, enthaltend Kohlenstoff (C), Platin (Pt), das auf dem Träger geträgert ist, und eine Iridium (Ir)-Verbindung, die auf dem Träger geträgert ist, umfassen. Die Iridiumverbindung kann zumindest eines von Iridiumoxid, dargestellt durch die nachstehende chemische Formel 1, und einem Iridium-Übergangsmetalloxid, dargestellt durch die nachstehende chemische Formel 2, umfassen. IrO_x [Chemische Formel 1] IrMO_x [Chemische Formel 2]
Hier ist M ein Übergangsmetall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Co, Cu, Ni und Kombinationen hiervon, und x ist von 1 bis 2.
Das Gewichtsverhältnis von Platin (Pt) und Iridium (Ir) in dem Iridiumoxid kann geeigneterweise von etwa 1:0,5 bis 1:1 betragen.
Das Gewichtsverhältnis von Platin (Pt) und Iridium (Ir) in dem Iridium-Übergangsmetalloxid kann geeigneterweise etwa 1:0,5 bis 1:1 betragen, und das atomare Verhältnis von Platin (Pt) und dem Übergangsmetall (M) in dem Iridium-Übergangsmetalloxid kann geeigneterweise etwa 1:1 bis 1:5 betragen.
In einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkomplexes, der in einer Elektrode für eine Brennstoffzelle enthalten ist, bereitgestellt. Das Verfahren kann das Zubereiten einer Ausgangslösung durch Zugeben einen Platin-trägernden Trägers und eines Iridium-Vorläufers zu einem Lösungsmittel, das Erhalten eines Zwischenprodukts, enthaltend den Platin-trägernden Träger und Iridiumpartikel, durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung, das Trägern der Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger durch Einstellen des pH-Werts des Zwischenprodukts, das Trocknen des resultierenden Produkts und das Oxidieren der Iridiumpartikel umfassen.
Bei der Zubereitung der Ausgangslösung kann das Lösungsmittel auf einen basischen pH-Wert eingestellt werden.
Das Zwischenprodukt kann geeigneterweise durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 200°C für etwa 1 bis 5 Stunden in einer Inertgasatmosphäre erhalten werden.
Das Zwischenprodukt kann zu einem pH-Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 angesäuert werden, und hierdurch können die Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger geträgert werden.
Die Iridiumpartikel können durch Wärmebehandeln des getrockneten Produkts bei einer Temperatur von etwa 200°C bis 400°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in Luft oxidiert werden.
Die Ausgangslösung kann ferner einen ÜbergangsmetallVorläufer umfassen, so dass das Zwischenprodukt erhalten wird, das den Platin-trägernden Träger, die Iridiumpartikel und Übergangsmetallpartikel enthalten kann.
Der pH-Wert des Zwischenprodukts kann eingestellt werden, um somit die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel auf dem Platin-trägernden Träger zu trägern, das resultierende Produkt kann getrocknet werden, und die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel können oxidiert werden.
In einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkomplexes bereitgestellt, der in einer Elektrode für eine Brennstoffzelle enthalten ist. Das Verfahren kann das Zubereiten einer Ausgangslösung durch Zugeben eines Iridium-Vorläufers zu einem Lösungsmittel, Erhalten eines Zwischenprodukts, enthaltend Iridiumpartikel, durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung, Zugeben eines Platin-trägernden Trägers zu dem Zwischenprodukt, und Trägern der Iridiumpartikel auf dem Platin-trägerndem Träger durch Einstellen des pH-Werts des Zwischenprodukts, Trocknen des resultierenden Produkts, und das Oxidieren der Iridiumpartikel umfassen.
Beim Zubereiten der Ausgangslösung kann das Lösungsmittel auf einen basischen pH-Wert eingestellt werden.
Das Zwischenprodukt kann erhalten werden durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 200°C für etwa 1 bis 5 Stunden in einer Inertgasatmosphäre.
Das Zwischenprodukt kann den Platin-trägernden Träger umfassen, wonach das Zwischenprodukt auf einen pH-Wert von etwa 0,5 bis 3,0 angesäuert werden kann, und somit können die Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger geträgert werden.
Die Iridiumpartikel können durch Wärmebehandeln des getrockneten Produkts bei einer Temperatur von etwa 200°C bis 400°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in Luft oxidiert werden.
Die Ausgangslösung kann ferner einen ÜbergangsmetallVorläufer umfassen, so dass das Zwischenprodukt die Iridiumpartikel, Übergangsmetallpartikel und den Platin-trägernden Träger umfassen kann. Z.B. kann dem Zwischenprodukt, das die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel enthält, der Platin-trägernde Träger zugesetzt werden. Der pH-Wert des Zwischenprodukts kann eingestellt werden, um somit die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel auf den Platin-trägernden Träger zu trägern, das resultierende Produkt kann getrocknet werden, und die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel können oxidiert werden.
Ferner wird eine Elektrode bereitgestellt, die den wie hierin beschriebenen Katalysatorkomplex umfasst. Z.B. kann der Katalysatorkomplex durch die hierin beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
In einem Katalysatorkomplex für eine Brennstoffzelle und einem Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Iridiumverbindung auf einem Platin-trägernden Kohlenstoffträger geträgert werden, wodurch durch die gleichmäßige Verteilung hiervon auf dem Kohlenstoffträger herausragende elektrische Leitfähigkeit und eine Erhöhung der katalytischen Aktivität erreicht wird.
Auch kann die Spannungsumkehrtoleranz durch Erhöhen der elektrischen Leitfähigkeit und der Wasserzersetzungsaktivität bei einer Spannungsumkehr in einer Brennstoffzelle verbessert werden.
Wenn somit eine Spannungsumkehr in der Brennstoffzelle auftritt, kann sie im Vergleich zu herkömmlichen Fällen stabil kontrolliert werden, was es ermöglicht, die Lebensspanne des Brennstoffzellen-Stapels zu erhöhen und auch eine Kostenverringerung durch Verringerung der Ersatzkosten zu realisieren.
Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die vorstehenden beschränkt und sollten so verstanden werden, dass sie alle Effekte umfassen, die aus der folgenden Beschreibung vernünftigerweise erwartet werden können.
Figurenliste

1 zeigt eine Kontrolllogik, wenn ein Spannungsabfall während des Betriebs einer Brennstoffzelle entsprechend einer konventionellen Technik auftritt;
2 zeigt schematisch einen konventionellen Katalysator für eine Brennstoffzelle;
3 zeigt schematisch einen beispielhaften Katalysatorkomplex für eine beispielhafte Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Fließdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zur Herstellung eines beispielhaften Katalysatorkomplexes für eine beispielhafte Brennstoffzelle entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 zeigt schematisch einen beispielhaften Prozess zur Herstellung eines beispielhaften Katalysatorkomplexes für eine beispielhafte Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit von Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
7 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit von Beispiel 1 und Beispiel 2 zeigt;
8 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit von Beispiel 1 bis Beispiel 4 zeigt;
9 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit von Beispiel 4 bis Beispiel 7 zeigt;
Die 10 und 11 zeigen die Verteilung einer Iridiumverbindung in dem Katalysatorkomplex für eine Brennstoffzelle des Vergleichsbeispiels und des Beispiel;
12 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 6 zeigt;
13 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit von Beispiel 1 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 5 zeigt; und
14 zeigt die Ergebnisse der Messung der Aktivität des Katalysatorkomplexes von jedem von Vergleichsbeispiel 2 und der Beispiele 8 bis 13 für die Wasserzersetzung durch einen Halb-Elektrodentest.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer aus den folgenden bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt und kann zu verschiedenen Formen modifiziert werden. Diese Ausführungsformen werden angegeben, um die Erfindung gründlich zu erklären und die Idee der vorliegenden Erfindung dem Fachmann hinreichend zu übertragen.
In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Elemente. Zum Zwecke der Klarheit der vorliegenden Erfindung sind die Dimensionen der Strukturen größer gezeichnet als deren tatsächliche Größe. Man verstehen, dass, obwohl Ausdrücke wie „erstes“, „zweites“ usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu bezeichnen, diese Elemente nicht durch diese Ausdrücke beschränkt werden. Diese Ausdrücke werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden. Z.B. könnte ein nachstehend diskutiertes „erstes“ Element als „zweites“ Element bezeichnet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ähnlich könnte das „zweite“ Element auch als „erstes“ Element bezeichnet werden. Wie sie hier verwendet werden, sollen die Singularformen auch die Pluralformen umfassen, außer der Kontext zeigt dies klar anders an.
Man verstehe ferner, dass die Ausdrücke „umfassen“, „enthalten“, „aufweisen“ usw., wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Handlungen, Elemente, Komponenten oder Kombinationen hiervon spezifizieren, jedoch die Gegenwart oder Zugabe von einem oder mehr anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Handlungen, Elementen, Komponenten oder Kombinationen hiervon nicht ausschließen. Man verstehe auch, dass, wenn ein Element, wie z.B. eine Schicht, ein Film, eine Fläche oder ein Blatt, als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element sein kann oder hierzwischen zwischengelagerte Elemente vorliegen können. In ähnlicher Weise kann, wenn ein Element, wie z.B. eine Schicht, ein Film, eine Fläche oder Blatt als „unter“ einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt unter dem anderen Element vorliegen, oder es können auch zwischengelagerte Elemente hierzwischen vorliegen.
Außer, wenn es anders angegeben ist, sind alle Zahlen, Werte oder Darstellungen, die die Mengen von Komponenten, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Mischungen bezeichnen, die hierin verwendet werden, als Annäherungen anzusehen, die verschiedene Unsicherheiten enthalten, die die Messungen beeinträchtigen, die essentiell beim Erhalt dieser Werte neben anderen erhalten werden, und sollten somit so verstanden werden, dass sie in allen Fällen durch den Ausdruck „etwa“ modifiziert sind. Wenn ein numerischer Bereich in dieser Beschreibung offenbart ist, ist der Bereich darüber hinaus kontinuierlich und umfasst alle Werte vom Minimalwert des Bereichs bis zum Maximalwert hiervon, außer es ist anders angegeben. Wenn solch ein Bereich sich auf Werte von ganzen Zahlen bezieht, sind darüber hinaus alle ganzen Zahlen, einschließlich des Minimalwerts bis zum Maximalwert, umfasst, außer es ist anders angegeben.
Außer, wenn es spezifisch angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist, soll der wie hierin verwendete Ausdruck „etwa“ verstanden werden als innerhalb eines Bereichs der normalen Toleranz in der Technik, z.B. innerhalb von zwei Standardabweichungen vom Mittelwert. „Etwa“ kann verstanden werden als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %,0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Werts. Außer, wenn es aus dem Kontext ersichtlich ist, sind alle hierin angegebenen numerischen Werte durch den Ausdruck „etwa“ modifiziert.
Nachstehend wird eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben werden.
1 zeigt eine Kontrolllogik, wenn ein Spannungsabfall während des Betriebs einer Brennstoffzelle entsprechend einer konventionellen Technik auftritt.
Wie in 1 gezeigt, kann die Kontrolllogik eingesetzt werden, wenn die Zellleistung reversibel wieder hergestellt wird, wie z.B. bei einem Wasserüberflutungsphänomen, bei dem die Zellleistung sich verschlechtert, was der Obstruktion des Flusses der reaktiven Gase (Wasserstoff und Sauerstoff in Luft) aufgrund des Wassers zugeschrieben werden kann, das sich einem Brennstoffzellen-Stapel akkumuliert oder gesammelt hat. Jedoch kann die Anwendung hiervon auf den irreversiblen Verschlechterungsmodus beschränkt sein. Z.B. kann eine Zellspannungsumkehr durch einen Mangel an Wasserstoffbrennstoff verursacht werden, worin es der Anode, die für die Brennstoffzelle verwendet wird, an Wasserstoffbrennstoff aufgrund von verschiedenen Ursachen mangelt, wie z.B. einer Wasserüberflutung in der Brennstoffzelle, der Bildung von Eis im Winter und einer Fehlfunktion einer Wasserstoffbrennstoff-Zuführvorrichtung.
Es ist bekannt, dass das Auftreten der Spannungsumkehr die Zellspannung signifikant durch negatives Beeinträchtigen der Leistung der Brennstoffzelle herabsetzt, wie im Stand der Technik beschrieben ist.
Im Allgemeinen kann ein Mangel an Wasserstoffbrennstoff breit in einen Gesamtmangel an Wasserstoff, worin die Wasserstoffzuführung in der gesamten Brennstoffzelle unzureichend wird, und einen lokalen Mangel an Wasserstoff, worin die Gesamt-Wasserstoffversorgung der Brennstoffzelle ausreichend ist, jedoch ein partieller Mangel an Wasserstoffzuführung aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung hiervon auftritt, klassifiziert werden. Ein Mangel an Wasserstoffbrennstoff kann häufig unter Betriebsbedingungen auftreten, wie z.B. bei einer ungleichmäßigen Zuführung und Verteilung von Wasserstoffgas, einer plötzlichen Erhöhung der Leistungsanforderungen an die Brennstoffzelle und beim Starten der Brennstoffzelle. Wenn es der Anode an Wasserstoff mangelt, erhöht sich z.B. die Anodenspannung (V_Anode). Wenn sich die Anodenspannung jedoch weiter erhöht, erhöht sich die Anodenspannung stärker als die Kathodenspannung (V_Kathode), was zu einem Spannungsumkehrzustand führt, worin die Zellspannung (V_Zell) kleiner als null wird (V_Zell = V_Kathode - V_Anode < 0). Im Spannungsumkehrzustand tritt aufgrund einer Erhöhung der Anodenspannung zuerst eine Wasser-Elektrolysereaktion auf, wie im folgenden Schema 1 gezeigt ist. H₂O → 1/2O₂ + 2H⁺ + 2e^-, E⁰ = 1,229 V (vs. SHE) [Schema 1] (worin E⁰ ein Standard-Elektrodenpotential ist und SHE eine Standard-Wasserstoffelektrode ist).
Wenn sich die Anodenspannung jedoch weiter erhöht, beschleunigt sich die Kohlenstoff-Oxidationsreaktion an der Anode, wie in den folgenden Schemata 2 und 3 gezeigt ist. C + 2H₂O → CO₂ + 4H⁺ + 4e^-, E⁰ = 0,207 V (vs. SHE) [Schema 2] C + H₂O → CO + 2H⁺ + 2e^-, E⁰ = 0,518 V (vs. SHE) [Schema 3]
Wenn die Zell-Spannungsumkehr sich weiter fortsetzt und somit einen Zustand übermäßiger Spannungsumkehr erreicht, worin die Zellspannung weniger als etwa -2 V beträgt, wird die Wärmebildung in der Brennstoffzelle übermäßig, und die Membran-Elektrodeneinheit (membrane-electrode assembly, MEA) und die Gasdiffusionsschicht (gas diffusion layer, GDL) können beschädigt werden. Insbesondere kann ein kleines Loch (pinhole) in der Membran-Elektrodeneinheit (MEA) gebildet werden. Ferner können Probleme auftauchen, worin die Zelle elektrisch kurzgeschlossen wird. In diesem Fall kann sich ein Zellversagen ergeben, worin die Brennstoffzelle nicht normal betrieben werden kann. Daher kann ein Gesamt-Wasserstoffmangel relativ leicht durch Überwachen des Zustands der Wasserstoffzuführung unter Verwendung eines Sensors in einem Brennstoffzellen-Betriebssystem („Balance of Plant“) detektiert werden, jedoch kann ein lokaler Wasserstoffmangel in einigen Zellen nur durch engmaschiges Überwachen von jeder Zelle des Brennstoffzellen-Stapels mit einer Stapel-Spannungs-Überwachungsvorrichtung überwacht werden, und erfordert somit ein zusätzliches Mittel, wie z.B. ein kompliziertes Kontrollsystem. Es ist daher erforderlich, das vorstehende Phänomen grundsätzlich zu lösen. Konventionell ist ein Verfahren eingesetzt worden, in dem RuO₂, IrO₂, TiO₂ usw. zu der Anode zugegeben wird, um eine Wasserzersetzungsreaktion statt einer Kohlenstoff-Oxidationsreaktion zu induzieren. RuO₂, IrO₂ und TiO₂ sind in dieser Reihenfolge im Hinblick auf die Abschwächung der Spannungsumkehr bevorzugt. Unter gleichzeitiger Berücksichtigung von sowohl der Leistungsfähigkeit als auch der Haltbarkeit des Katalysators ist es jedoch bevorzugt, hauptsächlich IrO₂ zu verwenden.
Um ein stabileres Wasserstoff-Elektrofahrzeug zu realisieren, kann der Katalysatorkomplex gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine hohe Aktivität eines Spannungsumkehrkatalysators zeigen und eine herausragende Toleranz gegenüber der Spannungsumkehr zeigen, im Vergleich dazu, wenn IrO₂ konventionell einfach zu den Elektroden zugegeben wird.
Nachstehend wird eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Katalysatorkomplexes für eine Brennstoffzelle im Vergleich zu einem konventionellen Katalysator gegeben.
2 zeigt schematisch einen konventionellen Katalysator für eine Brennstoffzelle, und 3 zeigt schematisch einen beispielhaften Katalysatorkomplex für eine beispielhafte Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 2 gezeigt ist, kann in der konventionellen Technik eine Elektrode (z.B. eine Anode) durch Mischen von Iridiumoxid (IrO₂) 5 mit einem Katalysator, (d.h., Pt/C), der so konfiguriert ist, dass Platin 20 auf einem Kohlenstoffträger 30 geträgert ist, gebildet werden. Somit aggregiert das Iridiumoxid 5 oder liegt in einer Form vor, in der es getrennt von dem Platin-trägernden Kohlenstoffträger (Pt/C) vorliegt, wodurch der elektrochemischen Wasserzersetzungsaktivität des Iridiumoxids 5 Beschränkungen auferlegt werden. Daher kann eine Brennstoffzelle, die den vorstehenden Katalysator umfasst, eine Verschlechterung aufgrund einer Spannungsumkehr während des Betriebs hiervon erfahren.
Entsprechend beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann, wie in 3 gezeigt, der Katalysatorkomplex so konfiguriert sein, das Platin 20 und eine Iridiumverbindung 100 (z.B. Iridiumoxid (IrO_x)) zusammen auf einem Kohlenstoffträger 30 geträgert sind. Zusätzlich zu Iridiumoxid (IrO_x) als Iridiumverbindung 100 kann ein Iridium-Übergangsmetalloxid zusammen mit dem Platin 20 auf den Kohlenstoffträger 30 geträgert sein.
Der Katalysatorkomplex, der in der Elektrode für eine Brennstoffzelle enthalten ist, gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann einen Träger 30, der Kohlenstoff (C) enthält, Platin 20, das auf dem Träger 30 geträgert ist, und eine Iridium (Ir)-Verbindung 100, die auf dem Träger 30 geträgert ist, umfassen.
Die Iridiumverbindung 100 kann geeigneterweise zumindest eines von Iridiumoxid, dargestellt durch die nachstehende chemische Formel 1, und einem Iridium-Übergangsmetalloxid, dargestellt durch die nachstehende chemische Formel 2, umfassen. IrO_x [Chemische Formel 1] IrMO_x [Chemische Formel 2]
Hier ist M ein Übergangsmetall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Co, Cu, Ni und Kombinationen hiervon, und x ist 1 bis 2.
Somit kann in dem Kohlenstoffträger 30, der die Iridiumverbindung 100 und das Platin 20 hierauf geträgert aufweist (z.B. der Iridiumoxid-und-Platin-trägernde Kohlenstoffträger (Pt-IrO_x/C)), die Iridiumverbindung 100 (z.B. Iridiumoxid IrO_x)) auf dem Kohlenstoffträger 30 geträgert sein, wodurch herausragende elektrische Leitfähigkeit manifestiert wird, und es kann auch gleichmäßig auf den Kohlenstoffträger 30 verteilt sein, wodurch die katalytische Aktivität im Vergleich zu konventionellen Fällen erhöht wird.
Wenn z.B. die Iridiumverbindung 100 Iridiumoxid (IrO_x) umfasst, kann das Gewichtsverhältnis von Platin (Pt) und Iridium (Ir) geeigneterweise in den Bereich von z.B. etwa 1:0,5 bis 1:1 fallen.
Wenn z.B. die Iridiumverbindung 100 ein Iridium-Übergangsmetalloxid (IrMO_x) umfasst, kann ferner das Gewichtsverhältnis von Platin (Pt) und Iridium (Ir) geeigneterweise in den Bereich von z.B. etwa 1:0,5 bis 1:1 fallen. Ferner kann das Atomverhältnis von Platin (Pt) und dem Übergangsmetall (M) geeigneterweise in den Bereich von z.B. etwa 1:1 bis 1:5 fallen.
4 zeigt das Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkomplexes für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 gezeigt, kann das Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkomplexes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Zubereiten einer Ausgangslösung durch Zugeben eines Platin-trägernden Kohlenstoffträgers (Pt/C) und eines Iridium-Vorläufers zu einem Lösungsmittel (S10), das Erhalten eines Zwischenprodukts, enthaltend Pt/C und Iridiumpartikel, durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung (S20), das Trägern der Iridiumpartikel auf dem Pt/C durch Einstellen des pH-Werts des Zwischenprodukts (S30), das Trocknen des resultierenden Produkts (S40) und das Oxidieren der Iridiumpartikel (S50) umfassen.
Beim Zubereiten der Ausgangslösung (S10) ist das Lösungsmittel nicht besonders beschränkt, und es kann geeigneterweise z.B. Ethylenglykol (EG) umfassen.
Beim Zubereiten der Ausgangslösung (S10) kann Pt/C in einem Behälter platziert werden, der eine vorbestimmte Form und ein Volumen aufweist, wonach eine geringe Menge eines Lösungsmittels hierzu zugegeben werden kann, welches vermeiden mag, dass das Pt des Pt/C oxidiert wird.
Der Iridium-Vorläufer ist nicht besonders beschränkt und kann geeigneterweise z.B. Iridium(III)chlorid hydrat (IrCl₃·xH₂O) umfassen.
Beim Zubereiten der Ausgangslösung (S10) kann das Lösungsmittel auf einen basischen pH-Wert eingestellt werden. Z.B. kann der pH-Wert des Lösungsmittels etwa 10 oder höher, und bevorzugt etwa 12, betragen.
Das Zubereiten der Ausgangslösung (S10) kann auf eine Weise durchgeführt werden, worin das Lösungsmittel in dem Behälter, der Pt/C enthält, platziert wird, und dann Natriumhydroxid (NaOH), welches als ein pH-Einstellmittel dient, hierzu zugegeben wird, so dass das Lösungsmittel basisch gemacht wird, wonach der Iridium-Vorläufer hierzu zugegeben werden kann. Z.B. kann der Iridium-Vorläufer zusammen mit Natriumacetat (CH₃COONa) zugegeben werden.
Beim Erhalt des Zwischenprodukts (S20) kann die Ausgangslösung in einer Inertgasatmosphäre wärmebehandelt werden, und somit kann der Iridium-Vorläufer zu Iridiumpartikeln geformt werden.
Das Inertgas ist nicht besonders beschränkt und kann z.B. Stickstoffgas (N₂) umfassen.
Das Zwischenprodukt kann geeigneterweise Pt/C und Iridiumpartikel umfassen. Hier mögen die Iridiumpartikel nicht auf Pt/C geträgert sein. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck „geträgert“, dass ein Katalysator stark an dem Träger fixiert ist. In dem Zwischenprodukt mögen die Iridiumpartikel nicht auf dem Pt/C geträgert sein, und einige der Iridiumpartikel können in physischem Kontakt mit dem Pt/C sein.
Beim Erhalt des Zwischenprodukts (S20) kann die Ausgangslösung bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 200°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in einer Atmosphäre wärmebehandelt werden, worin Inertgas gespült wird.
Hier kann die Wärmebehandlung auf eine Weise durchgeführt werden, worin die Ausgangslösung allmählich von Raumtemperatur bis zu einer gewünschten Temperatur erwärmt wird, oder worin die Ausgangslösung in einem Bad mit konstanter Temperatur platziert wird, das auf eine gewünschte Temperatur voreingestellt ist. Bevorzugt kann die Wärmebehandlung durch den ersten Prozess durchgeführt werden. Die Spannungsumkehrzeit kann in dem ersten Prozess etwa 80 Minuten länger sein als im zweiten Prozess.
Beim Trägern der Iridiumpartikel (S30) kann der pH-Wert des Zwischenprodukts eingestellt werden, und somit können die Iridiumpartikel auf Pt/C geträgert werden. Z.B. kann das Zwischenprodukt auf einen sauren pH-Wert im Bereich von 0,5 bis 3,0 eingestellt werden, wodurch die Iridiumpartikel auf Pt/C geträgert werden können.
Der Prozess zum Einstellen des pH-Werts des Zwischenprodukts ist nicht besonders beschränkt und kann z.B. das Versetzen des Zwischenprodukts mit zumindest einem von Salzsäure(HCl)-Lösung und einer Essigsäure(CH₃COOH)-Lösung umfassen.
Das Produkt, das sich aus dem Trägern der Iridiumpartikel auf dem Pt/C ergibt, kann getrocknet werden, und somit kann das Lösungsmittel entfernt werden (S40). Z.B. kann das resultierende Produkt bei Raumtemperatur für 10 Stunden oder länger gerührt werden, filtriert und dann in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von etwa 50°C für etwa 2 Stunden getrocknet werden.
Wenn das Lösungsmittel auf diese Weise entfernt wird, kann eine Art eines Katalysatorkomplex-Vorläufer erhalten werden, worin die Iridiumpartikel auf dem Pt/C geträgert sein können.
Danach kann das Oxidieren der Iridiumpartikel, die in dem Katalysatorkomplex-Vorläufer (S50) enthalten sind, durchgeführt werden. Hierdurch kann der vorstehend beschriebene Katalysatorkomplex erhalten werden.
Beim Oxidieren der Iridiumpartikel (S50) können die auf dem Pt/C geträgerten Iridiumpartikel oxidiert werden, wodurch die durch die chemische Formel 1 dargestellte Iridiumverbindung erhalten wird.
Der Prozess zum Oxidieren der Iridiumpartikel ist nicht besonders beschränkt und kann z.B. das Wärmebehandeln des Katalysatorkomplex-Vorläufers bei einer Temperatur von etwa 200°C bis 400°C, oder insbesondere etwa 200°C bis 300°C, für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in Luft umfassen.
Das Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkomplexes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner die folgende Modifikation umfassen.
Hier kann die Ausgangslösung ferner einen Übergangsmetallvorläufer umfassen, um somit ein Zwischenprodukt zu enthalten, das Pt/C, Iridiumpartikel und Übergangsmetallpartikel umfasst.
Der Übergangsmetallvorläufer ist nicht besonders beschränkt und kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die z.B. aus Eisen(II)chlorid (FeCl₂), Kobalt(II)chlorid hexahydrat (CoCl₂·6H₂O), Kupfer(II)chlorid dihydrat (CuCl₂·2H₂O) und Kombinationen davon besteht.
Danach kann der pH-Wert des Zwischenprodukts eingestellt werden, um somit die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel auf dem Pt/C zu trägern, das resultierende Produkt kann getrocknet werden, und die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel können oxidiert werden, wodurch sich eine durch die chemische Formel 2 dargestellte Iridiumverbindung ergibt.
Die spezifischen Bedingungen von jedem Schritt des vorstehenden Herstellungsverfahrens werden weggelassen, weil sie im Wesentlichen die gleichen wie oder gleich zu denjenigen des vorstehend beschriebenen Verfahrens sind.
5 zeigt einen beispielhaften Prozess zur Herstellung eines beispielhaften Katalysatorkomplexes für eine beispielhafte Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 5 gezeigt, kann das Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkomplexes entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Zubereiten einer Ausgangslösung durch Zugeben eines Iridium-Vorläufers zu einem Lösungsmittel (S10'), das Erhalten eines Zwischenprodukts, das Iridiumpartikel enthält, durch Wärmebehandlung der Ausgangslösung (S20'), das Zugeben eines Platin-trägernden Kohlenstoffträgers (Pt/C) zu dem Zwischenprodukt und das Trägern der Iridiumpartikel auf dem Pt/C durch Einstellen des pH-Werts des Zwischenprodukts (S30'), das Trocknen des resultierenden Produkts (S40') und das Oxidieren der Iridiumpartikel (S50') umfassen.
Beim Zubereiten der Ausgangslösung (S10') ist das Lösungsmittel nicht besonders beschränkt und kann geeigneterweise z.B. Ethylenglykol (EG) umfassen.
Der Iridium-Vorläufer ist nicht besonders beschränkt und kann geeigneterweise z.B. Iridium(III)chlorid hydrat (IrCl₃·xH₂O) umfassen.
Beim Zubereiten der Ausgangslösung (S10') kann das Lösungsmittel auf einen basischen pH-Wert eingestellt werden. Z.B. kann der pH-Wert des Lösungsmittels etwa 10 oder höher betragen, oder insbesondere etwa 12.
Das Zubereiten der Ausgangslösung (S10') kann auf eine Weise durchgeführt werden, worin Natriumhydroxid (NaOH), das als ein pH-Einstellmittel dient, zu dem Lösungsmittel so zugegeben werden kann, dass das Lösungsmittel basisch gemacht werden kann, wonach der Iridium-Vorläufer hierzu zugegeben werden kann. Z.B. kann der Iridium-Vorläufer zusammen mit Natriumacetat (CH₃COONa) zugegeben werden.
Beim Erhalt des Zwischenprodukts (S20') kann die Ausgangslösung in einer Inertgasatmosphäre wärmebehandelt werden, wodurch der Iridium-Vorläufer zu Iridiumpartikeln geformt wird.
Das Inertgas ist nicht besonders beschränkt und kann z.B. Stickstoffgas (N₂) umfassen.
Beim Erhalt des Zwischenprodukts (S20') kann die Ausgangslösung bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 200°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in einer Atmosphäre wärmebehandelt werden, worin Inertgas gespült wird.
Die Wärmebehandlung kann auf eine Weise durchgeführt werden, worin die Ausgangslösung allmählich von Raumtemperatur bis zu einer gewünschten Temperatur erwärmt wird, oder worin die Ausgangslösung in einem Bad mit konstanter Temperatur, das auf eine gewünschte Temperatur voreingestellt ist, platziert wird. Bevorzugt kann die Wärmebehandlung durch den ersten Prozess durchgeführt werden. Mit dem ersten Prozess kann die Spannungsumkehrzeit etwa 80 Minuten länger sein als im zweiten Prozess.
Das vorstehende Herstellungsverfahren kann ferner das Abkühlen des Zwischenprodukts auf Raumtemperatur umfassen.
Beim Trägern der Iridiumpartikel (S30') kann das Zwischenprodukt mit Pt/C versetzt werden, wonach der pH-Wert des Zwischenprodukts eingestellt werden kann, und somit werden die Iridiumpartikel auf Pt/C geträgert. Das Zwischenprodukt kann z.B. geeigneterweise auf einen sauren pH-Wert im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 eingestellt werden, wodurch die Iridiumpartikel auf Pt/C geträgert werden.
Der Prozess des Zugebens von Pt/C ist nicht besonders beschränkt und kann z.B. das Zubereiten einer sauren Lösung, wie z.B. einer Salzsäurelösung oder einer Essigsäurelösung, die Pt/C enthält, und dann Zugeben der sauren Lösung zu dem Zwischenprodukt umfassen.
Der Prozess des Einstellens des pH-Werts des Zwischenprodukts ist nicht besonders beschränkt und kann geeigneterweise z.B. das Versetzen des Zwischenprodukts mit zumindest einem von einer Salzsäure (Cl)-Lösung und einer Essigsäure (CH₃COOH)-Lösung umfassen.
Das Produkt, das sich aus dem Trägern der Iridiumpartikel auf dem Pt/C ergibt, wird getrocknet, und somit kann das Lösungsmittel entfernt werden (S40'). Z.B. kann das resultierende Produkt bei Raumtemperatur für etwa 10 Stunden oder länger gerührt werden, filtriert und dann in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von etwa 50°C für etwa 2 Stunden getrocknet werden.
Wenn das Lösungsmittel auf diese Weise entfernt wird, kann eine Art von Katalysatorkomplex-Vorläufer erhalten werden, worin die Iridiumpartikel auf Pt/C geträgert sind.
Danach kann das Oxidieren der Iridiumpartikel, die in dem Katalysatorkomplex-Vorläufer enthalten sind, durchgeführt werden (S50'). Hierdurch kann der vorstehend beschriebene Katalysatorkomplex erhalten werden.
Beim Oxidieren der Iridiumpartikel (S50') können die auf dem Pt/C geträgerten Iridiumpartikel oxidiert werden, wodurch die durch die chemische Formel 1 dargestellte Iridiumverbindung erhalten wird.
Der Prozess zum Oxidieren der Iridiumpartikel ist nicht besonders beschränkt und kann z.B. das Wärmebehandeln des Katalysatorkomplex-Vorläufers bei einer Temperatur von etwa 200°C bis 400°C, oder insbesondere etwa 200°C bis 300°C, für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in Luft umfassen.
Das Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkomplexes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner die folgende Modifikation umfassen.
Die Ausgangslösung kann ferner mit einem Übergangsmetallvorläufer versetzt werden, um somit ein Zwischenprodukt zu enthalten, das die Iridiumpartikel und Übergangsmetallpartikel enthält.
Der Übergangsmetallvorläufer ist nicht besonders beschränkt und kann ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus z.B. Eisen(II)chlorid (FeCl₂), Kobalt(II)chlorid hexahydrat (CoCl₂·6H₂O), Kupfer(II)chlorid dihydrat (CuCl₂·2H₂O) und Kombinationen davon.
Danach wird das Zwischenprodukt mit Pt/C versetzt, und der pH-Wert des Zwischenprodukts kann eingestellt werden, um somit die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel auf dem Pt/C zu trägern, das resultierende Produkt kann getrocknet werden, und die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel können oxidiert werden, wodurch eine durch die chemische Formel 2 dargestellte Iridiumverbindung erhalten wird.
Die spezifischen Bedingungen von jedem Schritt des vorstehenden Herstellungsverfahrens werden weggelassen, weil sie im Wesentlichen die gleichen oder ähnlich zu denjenigen der vorstehend beschriebenen Verfahren sind.
BEISPIELE
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und Testbeispiele gegeben werden, welche lediglich angegeben werden, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, jedoch nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend auszulegen sind. Die erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 5 können durch Pt-IrO_x/C veranschaulicht werden. Im Vergleichsbeispiel 1 wird ein Anodenkatalysator, der keinen Spannungsumkehrkatalysator enthält, als ein Beispiel gegeben, und in Vergleichsbeispiel 2 wird ein Katalysator, worin Pt/C mit IrO_X wie in einer konventionellen Technik gemischt ist, als Beispiel angegeben. Im Vergleichsbeispiel 2 betrug das Verhältnis von Pt und Ir 2:1, und das IrO_x wurde durch ein Adams-Fusion-Verfahren hergestellt.

Die Verarbeitungsbedingungen sind nachstehend schematisch in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Nr.	Spannungsumkehrkatalysator	Pt:Ir (Gewichtsverhältnis)	Syntheseverfahren	Pt/C-Zugabeschritt	Wärmebehandlungsbedingungen
Nr.	Spannungsumkehrkatalysator	Pt:Ir (Gewichtsverhältnis)	Syntheseverfahren	Pt/C-Zugabeschritt	Temp.	Gasatmosphäre
Vergl.beispiel 1	Pt/C¹⁾	1:0	Pt/C (kommerziell verfügbar)	-	-	Luft
Vergl.beispiel 2	Pt/C+IrO_x ²⁾	1:0,5	Mischung von Pt/C und IrOx, hergestellt durch ein Adams-Fusion-Verfahren	-	-	Luft
Vergl.-beispiel 3	Pt-IrO_x/C³⁾	1:0,125	Die Folgenden	Zugabe zur Ausgangslösung	200°C	Luft
Vergl.-beispiel 4		1:0,25			200°C	Luft
Vergl.-beispiel 5		1:0,4			200°C	Luft
Vergl.-beispiel 6	Pt-Ir/C⁴⁾	1:0,5			200°C	25%H₂/ 75%N₂
Beispiel 1	Pt-IrO_x/C	1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 2		1:0,5		Zugabe zum Zwischenprodukt	200°C	Luft
Beispiel 3		1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 4		1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 5		1:0,5			100°C	Luft
Beispiel 6		1:0,5			300°C	Luft
Beispiel 7		1:0,5			400°C	Luft
Beispiel 8	Pt-IrFeO_x/C	1:0,5	Die Folgenden		200°C	Luft
Beispiel 9	Pt-IrFeO_x/C	1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 10	Pt-IrCoO_x/C	1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 11	Pt-IrCoO_x/C	1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 12	Pt-IrCuO_x/C	1:0,5			200°C	Luft
Beispiel 13	Pt-IrCuO_x/C	1:0,5			200°C	Luft

In Tabelle 1 bezeichnet

1) einen Platin-trägernden Kohlenstoffträger,
2) eine einfache Mischung eines Platin-trägernden Kohlenstoffträgers und IrO_x,
3) das Platin und IrO_x auf einen Kohlenstoffträger geträgert sind,
4) dass Platin und Ir auf einem Kohlenstoffträger geträgert sind.

Beispiel 1
Es wurde ein Katalysatorkomplex durch aufeinanderfolgendes Durchführen der folgenden Schritte hergestellt:

(S10) es wurde eine kleine Menge eines EG-Lösungsmittel zu einem Kolben, der Pt/C enthielt, zugegeben, um die Oxidation von Pt zu vermeiden, es wurde NaOH und EG zugegeben, um den pH-Wert der Lösung auf 12 einzustellen, und es wurden Iridium(III)chlorid hydrat (IrCl₃·xH₂O) und Natriumacetat (CH₃COONa) zugegeben, wodurch eine Ausgangslösung hergestellt wurde;
(S20) die Ausgangslösung wurde bei einer Temperatur von 160°C für 3 Stunden in einer Stickstoff-gespülten Atmosphäre behandelt, um ein Zwischenprodukt zu erhalten, enthaltend Pt/C und Iridiumpartikel, und das Zwischenprodukt wurde auf Raumtemperatur gekühlt;
(S30) das Zwischenprodukt wurde mit 10 % Salzsäure (HCl)-Lösung versetzt, um den pH-Wert hiervon auf 0,5 einzustellen, wodurch die Iridiumpartikel auf Pt/C geträgert wurden;
(S40) das Zwischenprodukt wurde bei Raumtemperatur für 10 Stunden oder länger gerührt, gefolgt von Filtrieren und Trocknen in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 50°C für 2 Stunden; und
(S50) das getrocknete Produkt wurde in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur von 200°C für 2 Stunden in Luft wärmebehandelt, um so die Oberfläche der Iridiumpartikel zu oxidieren, was letztendlich einen Katalysatorkomplex ergab, der so konfiguriert war, dass Platin und Iridiumoxid auf dem Kohlenstoffträger geträgert sind.

Beispiel 2
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme, dass bei der Zubereitung der Ausgangslösung (S10) Pt/C nicht zugegeben wurde und Pt/C zu dem auf Raumtemperatur abgekühlten Zwischenprodukt zugegeben wurde, und spezifisch wurde eine 3 %-ige Salzsäurelösung, enthaltend Pt/C, zu dem Zwischenprodukt zugegeben.
Beispiel 3
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleich Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine 14 %-ige Essigsäurelösung, enthaltend Pt/C, zu dem Zwischenprodukt zugegeben wurde.
Beispiel 4
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleich Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine 0,3 %-ige Salzsäurelösung, enthaltend Pt/C, zu dem Zwischenprodukt zugegeben wurde.
Beispiel 5
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleich Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, dass beim Oxidieren der Iridiumpartikel (S50) die Wärmebehandlungstemperatur auf eine Temperatur von 100°C eingestellt wurde.
Beispiel 6
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleich Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, dass beim Oxidieren der Iridiumpartikel (S50) die Wärmebehandlungstemperatur auf eine Temperatur von 300°C eingestellt wurde.
Beispiel 7
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleich Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, dass beim Oxidieren der Iridiumpartikel (S50) die Wärmebehandlungstemperatur auf eine Temperatur von 400°C eingestellt wurde.
Beispiel 8
Es wurde ein Katalysatorkomplex durch aufeinanderfolgendes Durchführen der folgenden Schritte hergestellt:

(S10) es wurde NaOH zu einem EG (Ethylenglykol)-Lösungsmittel zugegeben, um den pH-Wert der Lösung auf 12 einzustellen, und dann wurden Iridium(III)chlorid hydrat (IrCl₃·xH₂O), Natriumacetat (CH₃COONa) und Eisen(II)chlorid (FeCl₂) hierzu zugegeben, wodurch eine Ausgangslösung hergestellt wurde, die Nanopartikel von Ir und Fe enthielt;
(S20) die Ausgangslösung wurde langsam von Raumtemperatur auf 160°C in einer mit Stickstoff gespülten Atmosphäre erwärmt, gefolgt von Beibehalten der Temperatur für 3 Stunden und Abkühlen auf Raumtemperatur;
(S30) zu dem resultierenden Produkt wurde 3 % Salzsäure (HCl)-Lösung zugegeben, enthaltend Pt/C, und dann wurde eine 10 %-ige HCl-Lösung zugegeben, um einen pH-Wert von 0,5 zu erhalten;
(S40) das resultierende Produkt wurde für 10 Stunden oder länger bei Raumtemperatur gerührt, gefolgt von Filtrieren und Trocknen in einem Vakuumofen bei 50°C für 2 Stunden; und
(S50) das getrocknete Produkt wurde in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur von 200°C für 2 Stunden in Luft wärmebehandelt.

Beispiel 9
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 hergestellt, mit Ausnahme, dass im Schritt (S20) ein schnelles Erwärmen auf eine Weise durchgeführt wurde, dass die Ausgangslösung in einem auf eine Temperatur von 160°C vorgeheizten Bad mit konstanter Temperatur platziert wurde und für 3 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre behandelt wurde.
Beispiel 10
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 hergestellt, mit Ausnahme, dass im Schritt (S10) Kobalt(II)chlorid hexahydrat (CoCl₂·6H₂O) anstelle von Eisenchlorid verwendet wurde.
Beispiel 11
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 9 hergestellt, mit Ausnahme, dass im Schritt (S10) Kobalt(II)chlorid hexahydrat (CoCl₂·6H₂O) anstelle von Eisenchlorid verwendet wurde.
Beispiel 12
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 hergestellt, mit Ausnahme, dass im Schritt (S10) Kupfer(II)chlorid dihydrat (CuCl₂·2H₂O) anstelle von Eisenchlorid verwendet wurde.
Beispiel 13
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 9 hergestellt, mit Ausnahme, dass im Schritt (S10) Kupfer(II)chlorid dihydrat (CuCl₂·2H₂O) anstelle von Eisenchlorid verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein Anodenkatalysator verwendet, der keinen Spannungsumkehrkatalysator enthält.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurde ein Katalysator verwendet, worin Pt/C mit IrO_X vermischt war, wie in der konventionellen Technik. Hier betrug das Verhältnis von Pt und Ir 2:1 und das IrO_x wurde durch ein Adams-Fusion-Verfahren synthetisiert.
Vergleichsbeispiele 3 bis 5
Es wurden die gleichen Prozeduren wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurden die zugegebenen Mengen an Pt/C und Iridium(III)chlorid hydrat (IrCl₃·xH₂O) eingestellt. Im Vergleichsbeispiel 3 war Pt:Ir = 1:0,125, in Vergleichsbeispiel 4 war Pt:Ir = 1:0,25 und in Vergleichsbeispiel 5 war Pt:Ir = 1:0,4.
Vergleichsbeispiel 6
Es wurde ein Katalysatorkomplex auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Reduktionsbehandlung unter Bedingungen von 25 % H₂/75 % N₂ und 200°C anstelle des Oxidierens der Iridiumpartikel (S50) durchgeführt wurde.
Untersuchungsverfahren
Herstellung einer Brennstoffzelle
Um die Spannungsumkehrtoleranz von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zu untersuchen, wurde eine Brennstoffzelle unter Verwendung des Katalysatorkomplexes von jedem der Beispiele und der Vergleichsbeispiele hergestellt und einem Spannungsumkehr-Toleranztest durch die folgenden Prozeduren unterzogen.

(1) Es wurde eine Katalysatoraufschlämmung unter Verwendung des Katalysators von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt und dann auf eine GDL (39BC, SGL) gesprüht, wodurch eine Anode gebildet wurde. Das Gewichtsverhältnis von perfluorierter Sulfonsäure-Ionomerdispersion (5 Gew.-% Nafion-Dispersion, DuPont Co., USA) und Kohlenstoff betrug 0,8, und die Beladungsmengen waren jeweils wie folgt:
- - Vergleichsbeispiele 1, 2 und Beispiele 1 bis 7: 0,1 mg_Pt/cm² + 0,05 mg_Ir/cm²
- - Vergleichsbeispiel 3: 0,1 mg_Pt/cm² + 0,0125 mg_Ir/cm²
- - Vergleichsbeispiel 4: 0,1 mg_Pt/cm² + 0,025 mg_Ir/cm²
- - Vergleichsbeispiel 5: 0,1 mg_Pt/cm² + 0,04 mg_Ir/cm².
(2) Es wurde eine Kathode durch Zubereitung einer Katalysatoraufschlämmung unter Verwendung des gleichen Pt/C-Katalysators und Sprühen der Katalysatoraufschlämmung auf eine GDL (39BC, SGL) hergestellt. Das Gewichtsverhältnis von perfluorierter Sulfonsäure-Ionomerdispersion (5 Gew.-% Nafion-Dispersion, DuPont Co., USA) und Kohlenstoff betrug 0,8, und die Beladungsmenge an Pt betrug 0,4 mg_Pt/cm².
(3) Es wurde eine Membran-Elektrodeneinheit (MEA) durch Anordnen der Anode und der Kathode auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran (NRE211, Dupont) und Pressen hiervon unter einem Druck von 430 psi bei einer Temperatur von 135°C für 135 Sekunden hergestellt.
(4) Es wurde eine Brennstoffzelle unter Verwendung einer Titan (Ti)-Anoden-Separatorplatte, MEA, und einer Graphit-Kathoden-Separatorplatte hergestellt. Hier betrug das Drehmoment, das auf die acht Bolzen ausgeübt wurde, die für die Befestigung der Zelle verwendet wurden, 50 kgf·cm.

Aktivierung der Brennstoffzelle
Es wurden 200 ml/min Wasserstoff bzw. 600 ml/min Luft zu der Anode bzw. zur Kathode zugeführt, und die Zellspannung wurde jeweils für 1 Sekunde im Zustand OCV (Open Circuit Voltage) um 100 mA/cm² erhöht, bis sie 0,25 V erreichte. Nachdem die Zellspannung 0,25 V erreichte, wurde die vorstehenden Prozeduren wiederholt, bis OCV und Leistung stabil waren. Die Zelltemperatur betrug 65°C, und die relative Luftfeuchtigkeit betrug 100 %.
Spannungsumkehrtoleranz-Testverfahren - Messung der Zellspannung in Abhängigkeit von der Spannungsumkehrzeit nach dem Stoppen der Wasserstoffzufuhr
Die Zellspannung wurde für den Spannungsumkehr-Toleranztest bei einer Zelltemperatur von 65°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % durch das folgende Verfahren gemessen.

(1) Es wurde eine elektrische Last mit einer Stromdichte von 0,2 A/cm² angelegt, und Wasserstoff und Luft wurden in einem stöchiometrischen Verhältnis (SR) von 1,5:2,0 zugeführt.
(2) 5 Minuten nach Anlegen der elektrischen Last wurde die Wasserstoffzufuhr zur Anodenseite gestoppt, und Argon wurde mit der gleichen Fließgeschwindigkeit zugeführt.
(3) Die Zeit und die Spannung wurden gemessen, bis die Zellspannung -2,5 V erreichte.
(4) Die Zeit, die erforderlich war, damit die Zellspannung -2,5 V von 0 V erreichte, wurde als Spannungsumkehrzeit bestimmt.

Die Ergebnisse der Messung der Spannungsumkehrzeit der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind nachstehend in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Nr.	Spannungsumkehrzeit	Nr.	Spannungsumkehrzeit
Vergleichsbeispiel 1	etwa 5 min	Beispiel 1	etwa 124 min
Vergleichsbeispiel 2	etwa 62 min	Beispiel 2	etwa 210 min
Vergleichsbeispiel 3	etwa 15 min	Beispiel 3	etwa 220 min
Vergleichsbeispiel 4	etwa 28 min	Beispiel 4	etwa 250 min
Vergleichsbeispiel 5	etwa 45 min	Beispiel 5	etwa 240 min
Vergleichsbeispiel 6	etwa 30 min	Beispiel 6	etwa 1070 min
		Beispiel 7	etwa 70 min
		Beispiel 8	etwa 210 min
		Beispiel 9	etwa 130 min

UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE
Untersuchungsbeispiel 1: Untersuchung der Spannungsumkehrzeit
Die 6 bis 9 sind Graphen, die die Spannungsumkehrzeitergebnisse der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigen.
Wie in 6 gezeigt ist, war die Spannungsumkehrzeit im Beispiel 1 im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 1 und 2 signifikant erhöht. Unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 war in allen erfindungsgemäßen Beispielen (Beispiel 1 bis 7) die Spannungsumkehrzeit um mindestens etwa 25-fach im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 und mindestens 2-fach im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2 erhöht.
Unter Bezugnahme auf 7 war die Spannungsumkehrzeit um etwa 86 Minuten im Vergleich zu Beispiel 1 erhöht, wenn die Zugabe von Pt/C in S30 während des Syntheseprozesses in Beispiel 2 durchgeführt wurde. Es wird angenommen, dass dies so ist, weil die Zugabezeit von Pt/C verändert worden war, um hierdurch die Aggregation von Platin (Pt)Partikeln zu verringern, wodurch die Bedeckung des Kohlenstoffs beibehalten wurde.
In Bezug auf 8 wurden in Beispielen 3 und 4 14 % Essigsäure und 0,3 % Salzsäure im Schritt S30 während des Syntheseprozesses zugegeben, wodurch die Spannungsumkehrzeit um 10 bis 40 Minuten im Vergleich zu Beispiel 2 erhöht wurde. Es wird angenommen, dass dies so ist, weil die Beschädigung des Kohlenstoffs in einer schwach sauren Umgebung verringert war.
Wie in 9 gezeigt, ist aus der Spannungsumkehrzeit in Abhängigkeit von der Wärmebehandlungstemperatur in den Beispiel 4, 6 und 7 ersichtlich, dass die Wirkung zur Verringerung der Spannungsumkehr-Abbaureaktion sogar bei einer Wärmebehandlung bei einer relativ niedrigen Temperatur von 100°C oder mehr für die Ir-Oberflächenoxidation in einem ähnlichen Ausmaß von etwa 10 Minuten sichergestellt werden konnte. In Beispiel 6, worin die Wärmebehandlung bei 300°C durchgeführt wurde, war die Spannungsumkehrzeit ungefähr 17-fach im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2 erhöht, was die beste Wirkung zeigte. Andererseits ist es bevorzugt, dass die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur durchgeführt wird, um das Iridium zu oxidieren, wenn jedoch die Wärmebehandlungstemperatur 400°C überschreitet, kann der Kohlenstoffträger oxidiert werden. Es ist somit bevorzugt, die Wärmebehandlung innerhalb des Bereichs von 200 bis 400°C durchzuführen.
Untersuchungsbeispiel 2: Untersuchung der Verteilung des geträgerten IrO_x
Die 10 und 11 zeigen die Verteilung der Iridiumverbindung in dem Katalysatorkomplex für eine Brennstoffzelle in den Vergleichsbeispielen und Beispielen.
Wie in 10 gezeigt ist, besaß das IrO_X (Vergleichsbeispiel 2), das durch ein Adams-Fusion-Verfahren synthetisiert worden war, eine willkürliche Klumpenstruktur ohne formale Größe, wie in der rechten vergrößerten Ansicht gezeigt ist.
Wie in 11 gezeigt ist, war andererseits auf den Kohlenstoffträgern der Beispiele (Pt-IrO_x/C) das IrO_x mit einer Größe von etwa 2 nm gleichmäßig auf dem Kohlenstoffträger verteilt. Entsprechend kann eine Erhöhung der katalytischen Aktivität erwartet werden.
Untersuchungsbeispiel 3: Untersuchung der Spannungsumkehrzeit in Abhängigkeit von den Wärmebehandlungsbedingungen
Wie in 12 gezeigt ist, wurden die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit in Vergleichsbeispiel 6 (Pt-Ir/C), worin eine Wasserstoff-Reduktions-Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200°C durchgeführt worden war, und in Beispiel 1, worin eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200°C in Luft durchgeführt worden war, verglichen. In Beispiel 1 mit der Pt-IrO_x/C-Struktur, die bei 200°C in Luft wärmebehandelt worden war, war die Spannungsumkehrzeit im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 6 erhöht, das mit einer Pt-Ir/C-Struktur durch Wasserstoff-Reduktions-Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200°C versehen worden war. Es wurde bestätigt, dass die oxidierte Struktur des Ir zur Verminderung der Spannungsumkehr der Brennstoffzelle in den Katalysatorstrukturen beiträgt, die auf die gleiche Weise geträgert waren. Im Hinblick auf die Spannungsumkehrzeit (etwa 62 Minuten) des Vergleichsbeispiels 2 entsprechend einer konventionellen Technik kann angenommen werden, dass die oxidierte Struktur von Ir ein Faktor ist, der zur Spannungsumkehrtoleranz der Brennstoffzelle beiträgt.
Untersuchungsbeispiel 4: Untersuchung der Spannungsumkehrzeit in Abhängigkeit vom Gewichtsverhältnis von Pt und Ir
Bezugnehmend auf 13 wurde die Spannungsumkehrzeit in Abhängigkeit von dem Gewichtsverhältnis von Pt und Ir in dem Pt-IrO_x/C-Katalysator untersucht. Wie in 13 gezeigt ist, wurden die Ergebnisse der Spannungsumkehrzeit im Beispiel 1 (Pt:Ir = 1:0,5), Vergleichsbeispiel 3 (Pt:Ir = 1:0,125), Vergleichsbeispiel 4 (Pt:Ir = 1:0,25) und Vergleichsbeispiel 5 (Pt:Ir = 1:0,4) verglichen. Unter Berücksichtigung der Spannungsumkehrzeit von 62 Minuten im Vergleichsbeispiel 2 wurde geschlussfolgert, dass das Verhältnis von Pt und Ir (Ir/Pt) bevorzugt 0,5 oder größer ist.
Obwohl die Verteilung von IrO_X in der Elektrodenstruktur begrenzt ist, worin Pt/C und IrO_x entsprechend der konventionellen Technik vermischt sind, können IrO_x und Pt zusammen auf dem Kohlenstoffträger geträgert werden, und darüber hinaus kann eine hochgradig dispergierte Struktur in der vorliegenden Erfindung gebildet werden, wodurch die Wasserzersetzungsaktivität bei der Spannungsumkehr der Brennstoffzelle und die elektrische Leitfähigkeit erhöht werden, was letztendlich die Spannungsumkehrtoleranz erhöht. Wenn eine Spannungsumkehr der Brennstoffzelle auftritt, kann sie somit im Vergleich zu konventionellen Fällen stabil kontrolliert werden, was es ermöglicht, die Lebensdauer des Brennstoffzellen-Stapels zu erhöhen und auch eine Kostenreduktion durch Verringerung der Ersatzkosten zu realisieren.
Untersuchungsbeispiel 5
Die Aktivität des Katalysatorkomplexes von jedem von Vergleichsbeispiel 2 und der Beispiel 8 bis 13 für die Wasserzersetzung wurden durch einen Halb-Elektrodentest gemessen. Die Ergebnisse sind in 14 gezeigt. Unter Bezugnahme hierauf wurde die Aktivität des Katalysatorkomplexes der Beispiele 8 bis 13 als überlegen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel identifiziert.
Obwohl die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für veranschaulichende Zwecke offenbart worden sind, werden die Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang und der Idee der Erfindung, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen offenbart sind, abzuweichen, und solche Modifikationen sollten nicht als getrennt von den technischen Ideen oder den essentiellen Merkmalen der vorliegenden Erfindung verstanden werden.

Claims

Katalysatorkomplex für eine Elektrode einer Brennstoffzelle, umfassend: einen Träger; Platin (Pt), geträgert auf dem Träger; und eine Iridium (Ir)-Verbindung, geträgert auf dem Träger, worin die Iridiumverbindung zumindest eines von einem durch die nachstehende chemische Formel 1 dargestellten Iridiumoxid und einem durch die nachstehende chemische Formel 2 dargestellten Iridium-Übergangsmetalloxid umfasst: IrO_x [Chemische Formel 1] IrMO_x [Chemische Formel 2] worin M ein Übergangsmetall ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Co, Cu, Ni und Kombinationen hiervon, und x von 1 bis 2 beträgt.
Katalysatorkomplex gemäß Anspruch 1, worin das Gewichtsverhältnis von Platin (Pt) und Iridium (Ir) im Iridiumoxid etwa 1:0,5 bis 1:1 beträgt.
Katalysatorkomplex gemäß Anspruch 1, worin das Gewichtsverhältnis von Platin (Pt) und Iridium (Ir) im Iridium-Übergangsmetalloxid etwa 1:0,5 bis 1:1 beträgt und das Atomverhältnis von Platin (Pt) und dem Übergangsmetall (M) in dem Iridium-Übergangsmetalloxid etwa 1:1 bis 1:5 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkomplexes, umfassend: Zubereiten einer Ausgangslösung, umfassend einen Platin-trägernden Träger und einen Iridium-Vorläufer, in einem Lösungsmittel; Erhalten eines Zwischenprodukts, umfassend den Platin-trägernden Träger und Iridiumpartikel, durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung; Trägern der Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger durch Einstellen des pH-Werts des Zwischenprodukts; Trocknen eines resultierenden Produkts; und Oxidieren der Iridiumpartikel.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin beim Zubereiten der Ausgangslösung das Lösungsmittel auf einen basischen pH-Wert eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das Zwischenprodukt durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 200°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in einer Inertgasatmosphäre erhalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das Zwischenprodukt zu einem pH im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 angesäuert wird und somit die Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger geträgert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die Iridiumpartikel durch Wärmebehandeln des getrockneten Produkts bei einer Temperatur von etwa 200°C bis 400°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in Luft oxidiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4 worin die Ausgangslösung ferner einen Übergangsmetallvorläufer umfasst und das Zwischenprodukt den Platin-trägernden Träger, die Iridiumpartikel und Übergangsmetallpartikel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9, worin der pH-Wert des Zwischenprodukts eingestellt wird, um somit die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel auf dem Platin-trägernden Träger zu trägern.
Verfahren gemäß Anspruch 10, worin das resultierende Produkt getrocknet wird und die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel oxidiert werden.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkomplexes, umfassend: Zubereiten einer Ausgangslösung, umfassend einen Iridium-Vorläufer in einem Lösungsmittel; Erhalten eines Zwischenprodukts, umfassend Iridiumpartikel, durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung; Zugeben eines Platin-trägernden Trägers zu dem Zwischenprodukt und Trägern der Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger durch Einstellen eines pH-Werts des Zwischenprodukts; Trocknen eines resultierenden Produkts; und Oxidieren der Iridiumpartikel.
Verfahren gemäß Anspruch 12, worin beim Zubereiten der Ausgangslösung das Lösungsmittel auf einen basischen pH-Wert eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, worin das Zwischenprodukt erhalten wird durch Wärmebehandeln der Ausgangslösung bei einer Temperatur von etwa 100°C bis 200°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in einer Inertgasatmosphäre.
Verfahren gemäß Anspruch 12, worin das Zwischenprodukt den Platin-trägernden Träger umfasst, wonach das Zwischenprodukt zu einem pH im Bereich von etwa 0,5 bis 3,0 angesäuert wird und somit die Iridiumpartikel auf dem Platin-trägernden Träger geträgert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, worin die Iridiumpartikel durch Wärmebehandeln des getrockneten Produkts bei einer Temperatur von etwa 200°C bis 400°C für etwa 1 Stunde bis 5 Stunden in Luft oxidiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, worin die Ausgangslösung ferner einen Übergangsmetallvorläufer umfasst, das Zwischenprodukt die Iridiumpartikel, Übergangsmetallpartikel und den Platin-trägernden Träger umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 17, worin der pH-Wert des Zwischenprodukts eingestellt wird, um somit die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel auf dem Platin-trägernden Träger zu trägern.
Verfahren gemäß Anspruch 18, worin das resultierende Produkt getrocknet wird und die Iridiumpartikel und die Übergangsmetallpartikel oxidiert werden.
Elektrode, umfassend einen Katalysatorkomplex gemäß Anspruch 1.