DE19649413A1 - Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Verbundformteils - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Verbundformteils

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung einer katalytischen Komponente, die metallisches Platin und metallisches Ruthenium enthält, auf ein leitendes, aus Ruß oder dergleichen gebildetes Formteil.
Herkömmlicherweise wurde ein katalytische Komponente, die me­ tallisches Platin und metallisches Ruthenium enthält, bei­ spielsweise für eine Anodenseite einer Brennstoffzelle ver­ wendet, um eine guten Widerstand gegenüber Vergiftung bereit­ zustellen, die durch im Brennstoff wie Wasserstoffgas enthal­ tenes CO verursacht wird. In einer JPA-Veröffentlichung Nr. 97232/1988 wurde ein Verfahren zur Herstellung eines kataly­ tischen Verbundformteils durch Anfertigung der vorstehenden katalytischen Verbundkomponente offenbart, die auf einem als leitendes Formteil gebildeten Träger aufgetragen wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Herstellungs­ verfahren wird die Lösung der Platinverbindung mit der Lösung der Rutheniumverbindung bei Bedingungen gemischt, bei denen ein vorbestimmter pH-Wert auf einen konstanten Wert einge­ stellt wird, um eine kolloidale Lösung mit einem binären Clu­ ster aus Platin und Ruthenium zu erhalten. Anschließend wird Wasserstoffgas in die kolloidale Lösung eingeleitet, um eine Mischkristall-Legierung des Platins und Rutheniums her­ zustellen.
Zur kolloidalen Lösung, welche die Mischkristall-Legierung des Platins und Rutheniums enthält, werden Rußpartikel gege­ ben. Die Mischung wird gerührt, filtriert, gereinigt und an­ schließend getrocknet. Als Ergebnis wird ein katalytisches Verbundformteil erzeugt, bei dem die Platin und Ruthenium enthaltende katalytische Komponente auf die Rußpartikel auf­ getragen ist.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren hat die folgenden Nachteile. Um das Gemisch aus der Lösung der Pla­ tinverbindung und der Lösung der Rutheniumverbindung her zu­ stellen, sollten die sich aus dem Vermischen ergebenden Re­ aktionsbedingungen wie der pH-Wert genau kontrolliert werden, damit ein vorbestimmter Wert eingehalten wird. Werden die Re­ aktionsbedingungen nicht auf konstante Werte eingestellt, kann jede Zusammensetzung der erhaltenen Verbundkatalysatoren in einem breiteren Bereich variieren, wodurch kein hohes Ak­ tivitätsverhältnis bereitstellbar ist.
Beim herkömmlichen Verfahren waren der Reaktionsvorgang und die Steuerung eines solchen Vorgangs schwierig.
Bei der Herstellung eines katalytischen Verbundformteils mit guter Qualität über das vorstehende herkömmliche Verfahren sind die Herstellungsvorgänge zwangsläufig kompliziert, was zu einer Verschlechterung der Ausbeute wie zu hohen Produkti­ onskosten führt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Verbundformteils bereit­ zustellen, welches eine hohe Ausbeute und ausgezeichnete Qua­ lität sowie eine Verringerung der Herstellungskosten bereit­ stellt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Bereitstel­ lung eines Verfahrens zur Herstellung eines katalytischen Verbundformteils gelöst, welches einen Schritt zur Auftragung einer Lösung einer Platinverbindung auf ein leitendes, ein leitendes Material und ein wasserabweisendes Material enthal­ tendes Formteil, der Unterziehung des Formteils einer Reduk­ tion in einem reduzierendem Gasstrom wie Wasserstoffgas und der Abscheidung von metallischem Platin auf einer Oberfläche des leitenden Materials; sowie einen Schritt zur Auftragung einer Lösung einer Rutheniumverbindung auf das Formteil, der Unterziehung des Formteils einer Reduktion in einem reduzier­ endem Gasstrom wie Wasserstoffgas und der Abscheidung von me­ tallischem Ruthenium auf einer Oberfläche des leitenden Mate­ rials umfaßt, wodurch eine katalytische Komponente, die das metallische Platin und das metallische Ruthenium enthält, auf das Formteil aufgetragen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erläuternde Darstellung, welche einen Aufbau ei­ nes Formteils von Beispiel 1 veranschaulicht.
Fig. 2 eine erläuternde Darstellung, welche ein Platin (Pt) tragendes Formteil veranschaulicht, bei dem die katalytische Platin-Komponente auf das Formteil des Beispiels 1 aufgetra­ gen ist.
Fig. 3 eine erläuternde Darstellung, welche ein katalytisches Verbundformteil veranschaulicht, bei dem die Platin und Ru­ thenium (Ru) enthaltende katalytische Komponente auf das Formteil des Beispiels 1 aufgetragen ist.
Fig. 4 eine erläuternde Darstellung, welche einen Aufbau ei­ ner Brennstoffzellenelektrode von Beispiel 2 veranschaulicht.
Fig. 5 eine erläuternde Darstellung, welche einen Aufbau der Brennstoffzelle des Beispiels 2 zeigt.
Fig. 6 eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen Ru/ (Pt+Ru)-Gew.-% der katalytischen Pt/Ru-Komponen­ te, einer bei Einführung des reinen Wasserstoffs gemessenen Stromdichte und einer Abnahme (%) der Stromdichte aufgrund Vergiftung durch CO, welches dem Wasserstoff zugesetzt ist, veranschaulicht.
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die jedes Betriebsverhal­ ten von drei Brennstoffzellentypen veranschaulicht, bei wel­ chen katalytische Verbundformteile verwendet werden, die in Beispiel 3 durch verschiedene Verfahren hergestellt wurden.
Es ist das wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das katalytische Verbundformteil durch Abscheidung des metal­ lischen Platins auf der Oberfläche des leitenden Materials und weitere Abscheidung des metallischen Rutheniums darauf hergestellt wird. Das metallische Platin und das metallische Ruthenium werden in getrennten Verfahrensschritten in der vorstehenden Abscheidungsreihenfolge abgeschieden.
Als Lösung der Platinverbindung kann eine wie nachstehend be­ schriebene Lösung verwendet werden, die Platinchlorid, Pla­ tinnitrat, einen Platinkomplex oder dergleichen enthält.
Als Lösung der Rutheniumverbindung kann eine wie nachstehend beschriebene Lösung verwendet werden, die Rutheniumchlorid, Rutheniumnitrat, einen Rutheniumkomplex oder dergleichen ent­ hält.
Das leitende Formteil wird durch Binden des leitenden Materi­ als mit einem wasserabweisenden Material als Bindemittel her­ gestellt.
Das das Formteil bildende leitende Material können verschie­ dene Materialarten sein, beispielsweise Kohlepulver wie Ruß­ partikel, Bleischwärze oder Kohlefaser, oder Metallpartikel wie ein Edelmetallpulver, Titanpulver oder dergleichen.
Als wasserabweisendes Material können beispielsweise Tetra­ fluorethylen (PTFE) oder verschiedene Arten von Fluorharzen verwendet werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Ver­ bundformteils gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine be­ stimmte Menge einer Lösung einer Platinverbindung, welche ei­ ne vorbestimmte Menge des zu tragenden metallischen Platins enthält, auf das vorstehend gebildete Formteil aufgetragen und anschließend reduziert. Die vorbestimmte Menge des metal­ lischen Platins wird leicht auf dem vorstehenden Formteil ab­ geschieden und auf dieses aufgetragen.
Anschließend wird eine bestimmte Menge einer Lösung einer Rutheniumverbindung, welche eine vorbestimmte Menge des zu tragenden metallischen Rutheniums enthält, auf das, das me­ tallische Platin tragende Formteil aufgetragen und anschlie­ ßend reduziert. Die vorbestimmte Menge des metallischen Ru­ theniums wird weiterhin auf dem die vorbestimmte Menge an me­ tallischem Platin tragenden Formteil abgeschieden und auf dieses aufgetragen.
So wird das eine katalytische Komponente, welche das Platin und Ruthenium enthält, tragende katalytische Verbundformteil erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das metallische Platin und das metallische Ruthenium jeweils getrennt im ersten und zweiten Verfahrensschritt abgeschieden. Die jeweilige An­ scheidungsmenge an Platin und Ruthenium kann leicht über die jeweiligen Auftragungsmengen an der Lösung der Platinver­ bindung sowie der Lösung der Rutheniumverbindung festgelegt werden. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren ist eine Einstellung der Reaktionsbedingungen wie des pH-Werts zur ge­ nauen Einhaltung eines konstanten Werts nicht mehr erfor­ derlich. Daher besitzt die entstehende katalytische Kompo­ nente ausgezeichnete Qualität ohne Streuung in ihrem Zusam­ mensetzungsverhältnis.
Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Herstellungsvorgänge vereinfacht und die Produktions­ kosten verringert, wobei gleichzeitig die Ausbeute verbessert wird.
Gemäß der Erfindung wird zuerst das Platin und dann das Ru­ thenium abgeschieden. Diese Abscheidungsreihenfolge stellt die beste Katalysequalität bereit. In Fällen, bei denen die Abscheidungsreihenfolge umgekehrt ist, d. h. zuerst das Ru­ thenium und dann das Platin abgeschieden wird, oder wie in Beispiel 3 beschrieben beide Metalle gleichzeitig abgeschie­ den werden, erwies sich jede Katalyse mit den erhaltenen ka­ talytischen Verbundformteilen experimentell als unterlegen gegenüber dem gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Formteil.
Es wird bevorzugt, ein Platinchlorid als Platinverbindung zu verwenden, um ein ausgezeichnetes Reduktionsvermögen zu er­ halten und die Materialkosten zu verringern.
Es wird bevorzugt, ein Rutheniumchlorid als Rutheniumverbin­ dung zu verwenden, um ein ausgezeichnetes Reduktionsvermögen zu erhalten und die Materialkosten zu verringern.
Es wird bevorzugt, daß bei der katalytischen Komponente das Verhältnis des Rutheniums (Ru) zum Platin (Pt), Ru/(Pt+Ru)- Gew.-%, im Bereich von 18 bis 42 Gew.-% liegt. Im Fall der Verwendung des katalytischen Verbundformteils als Anodenseite der Brennstoffzelle erhält man eine ausgezeichnete Kata­ lysequalität, und es wird ein guter Widerstand gegen Vergif­ tung durch CO bereitgestellt.
Selbst wenn Kohlenmonoxid dem Wasserstoff zugemischt ist, welcher der Anodenseite der Brennstoffzelle zugeführt wird, wird die Leistung der Brennstoffzelle nicht sonderlich beein­ trächtigt (weniger durch CO-Vergiftung beeinflußt) (vgl. Fig. 6).
Falls die Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% sich entweder auf weniger als 18 Gew.-% oder auf mehr als 42 Gew.-% belaufen, verschlechtert sich die Leistung der Brennstoffzelle weiter aufgrund ver­ stärkter Vergiftung durch CO.
Es wird auch bevorzugt, Rußpartikel als leitendes Material zu verwenden, um eine ausgezeichnete Leitfähigkeit sowie Korro­ sionsbeständigkeit aufrecht zu halten.
Es wird weiterhin bevorzugt, Tetrafluorethylen als wasserab­ weisendes Material zu verwenden, so daß das Formteil durch feste Bindung des leitenden Materials gebildet und mit aus­ gezeichneter Wasserabweisung versehen wird.
Es wird bevorzugt, daß katalytische Verbundformteil als An­ odenseite einer Brennstoffzelle zu verwenden. Beispielsweise kann es als Elektrode einer Brennstoffzelle eines festen Po­ lymerfilmtyps verwendet werden. In diesem Fall wird die er­ haltene Leistung der Elektrode enorm effizient, und es werden gleichzeitig hohe Ausgangsleistungen bereitgestellt.
Nachstehend wird das erste Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein Verfahren zur Erzeugung eines katalytischen Verbundform­ teils von Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Wie in Fig. 1 dargestellt wurde ein aus einem Gemisch aus Kohlenstoff und Teflon gebildetes Formteil 10 als leitendes Formteil zur Erzeugung eines katalytischen Verbundformteils 1 hergestellt. Das Formteil 10 wurde aus Rußpartikeln 11 und Tetrafluorethylenpartikeln 12, welche als Bindemittel zum Binden dieser Rußpartikel 11 ebenso wie zur Bereitstellung von Wasserabweisung fungieren, gebildet.
Anschließend wurde das metallische Platin auf dem Formteil 10 abgeschieden.
Zunächst wurden 1,0 g Platinsäurechlorid in 10 ml Ethanol zur Herstellung der Lösung der Platinverbindung gelöst. Das Form­ teil 10 wurde in die Lösung der Platinverbindung eingetaucht und mit 0,15 ml/10 cm² imprägniert. Diese Menge entsprach der Menge zum Auftragen von 0,5 mg/cm² Platin.
Das mit der Lösung imprägnierte Formteil 10 wurde für 30 bis 60 Sekunden bei 150°C bis 200°C zum Trocknen durch Entfernung des Ethanols gehalten. Das Formteil 10 wurde dann einer Re­ duktion mit Wasserstoffgas für 4 bis 5 Stunden bei 180°C un­ terzogen. Als Ergebnis wurden wie in Fig. 2 gezeigt feine Platinmetallpartikel gleichförmig auf den Rußpartikeln 11 des Formteils 10 abgeschieden, wodurch ein Platin tragendes Form­ teil 102 bereitgestellt wurde, welches eine katalytische Pt- Komponente 21 trug.
Das metallische Ruthenium wurde auf einer Oberfläche des Pla­ tin tragenden Formteils 102 abgeschieden.
Zunächst wurden 1,0 g Rutheniumchloridlösung in 10 ml Ethanol zur Herstellung der Lösung der Rutheniumverbindung gelöst.
Das Platin tragende Formteil 102 wurde in die Lösung einge­ taucht und mit 0,06 ml/cm² imprägniert. Diese Menge entsprach der Menge zum Auftragen von 0,2 mg/cm² Ruthenium. Das Ver­ hältnis des Rutheniums zum Platin war 28,5 Gew.-% (Ru × 100/ (Pt+Ru).
Das mit der Lösung imprägnierte Platin tragende Formteil 102 wurde für 30 bis 60 Sekunden bei 150°C bis 200°C zum Trocknen durch Entfernung des Ethanols gehalten. Dann wurde es einer Reduktion mit Wasserstoffgas für 4 bis 5 Stunden bei 180°C unterzogen. Wie in Fig. 3 gezeigt wurden feine Ruthenium­ metallpartikel gleichförmig auf einer Oberfläche des Platin tragenden Formteils 102 abgeschieden, wodurch das katalyti­ sche Verbundformteil 1 bereitgestellt wurde, welches die ka­ talytische Komponente 22 (katalytische Pt/Ru-Komponente), enthaltend das Platin und Ruthenium, trug.
Beim Verfahren zur Herstellung des katalytischen Verbund­ formteils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wurden das me­ tallische Platin und das metallische Ruthenium getrennt in entsprechenden Verfahrensschritten abgeschieden. Jede abge­ schiedene Menge des Platins und Rutheniums ist durch die je­ weilige Anwendungsmenge der entsprechenden Lösungen leicht bestimmbar.
Daher ist im Gegensatz zum herkömmlichen Herstellungsver­ fahren die Regulierung der Reaktionsbedingungen wie des pH- Wertes oder dergleichen nicht mehr erforderlich. Die ent­ stehende katalytische Komponente besitzt eine ausgezeichnete Qualität ohne Streuung in ihrem Zusammensetzungsverhältnis. Als Ergebnis können das Herstellungsverfahren vereinfacht, die Produktionskosten verringert und die Ausbeute verbessert werden.
Nachstehend wird das zweite Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In diesem Beispiel wurde das katalytische Verbundformteil l des Beispiels l in eine Anodenseite 71 überführt, während das Platin tragende Formteil 102, das kein Ruthenium trug, als Kathodenseite 72 verwendet wurde. Die Anodenseite 71 und die Kathodenseite 72 wurden zur Bildung einer Brennstoffzelle 7 verwendet. Das Verhältnis von Ruthenium zu Platin in der ka­ talytischen Pt-Ru-Komponente 22 der Anodenseite 71 wurde va­ riiert, um die daraus resultierende Vergiftung durch CO zu messen.
Die vorstehend hergestellte Brennstoffzelle 7 wird nachste­ hend beschrieben.
Die Brennstoffzelle 7 bestand aus einem festen Polymerfilmtyp und verwendete eine Elektrode 70, die wie in Fig. 4 gezeigt aus der Anodenseite 71, der Kathodenseite 72 und aus einer Kationenaustauschermembran 73 als Elektrolyt gebildet war.
Die Anodenseite 71 wurde durch Auftragen eines Kationenaus­ tauscherharzes auf das katalytische Verbundformteil 1 erhal­ ten.
Dazu wurde NafionTM (hergestellt von Du Pont Co.) als Katio­ nenaustauscherharz zur Herstellung einer 5 Gew.-% Nafion ent­ haltenden Lösung in einem organischen Lösungsmittel gelöst, welches 90 Gew.-% Isopropanol und 10 Gew.-% Wasser enthielt. Anschließend wurde die Nafion-Lösung auf das katalytische Verbundformteil 1 in einer Menge von 0,12 ml/10 cm² aufgetra­ gen.
Das erhaltene katalytische Verbundformteil 1 wurde für etwa 2 Stunden zum Trocknen bei Raumtemperatur in einen Vakuumtrock­ ner gegeben, um so Alkohol und Wasser zu entfernen. Auf diese leise wurde die Anodenseite 71 durch Auftragen des Kationen­ austauscherharzes auf das katalytische Verbundformteil 1 er­ falten.
Die Kathodenseite 72 wurde durch Auftragen des Kationenaus­ tauscherharzes auf das Platin tragende Formteil 102 auf die gleiche Weise wie bei der Herstellung der Anodenseite 71 er­ halten.
Als Kationenaustauschermembran 73, die als Elektrolyt fun­ gierte, wurde Nafion verwendet.
Bezugnehmend auf Fig. 4 wurde die Kationenaustauschermembran 73 zwischen die Anodenseite 71 und die Kathodenseite 72 ein­ geschoben. Jedes der Elektrodenbasismaterialien 74 und 75 wurde an den Außenseiten der entsprechenden Anodenseite 71 und Kathodenseite 72 bereitgestellt. Diese Elektrodenbasisma­ terialien 74 und 75 dienten als durch das Tetrafluorethylen wasserabweisend gemachte Kohlefaser-Stromkollektoren.
Die vorstehend gebildete Struktur wurde auf 100°C erhitzt und 90 Sekunden bei 165°C und einem Druck von 80 kg/cm² gehalten.
Sie wurde zu einer kreisförmigen Platte mit einem Durchmesser von 60 mm geschnitten, wodurch eine Elektrode 70 eines Poly­ merfilmtyps bereitgestellt wurde.
Bezugnehmend auf Fig. 5 wurden die Zuführungsrohre 76 und 77 zu den entsprechenden Elektrodenbasismaterialien 74 und 75 der Polymerfilmtyp-Elektrode 70 bereitgestellt, um so die Brennstoffzelle 7 bereitzustellen. Das Zuführungsrohr 76 führte dem Elektrodenbasismaterial 74 der Anodenseite 71 Was­ serdampf und Wasserstoff zu und führte erzeugtes Wasser ab. Das Zuführungsrohr 77 führte dem Elektrodenbasismaterial 75 der Kathodenseite 72 Luft und Wasserdampf zu und führte er­ zeugtes Wasser ab.
Bei der vorstehend aufgebauten Brennstoffzelle 7 wurden je­ weils die Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% der Anodenseite 71 variiert, so daß die sich ergebende Vergiftung durch CO auf die folgende Weise gemessen wurde.
Verschiedene Arten von Brennstoffzellen mit jeweils unter­ schiedlichen Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% bei der katalytischen Pt/Ru- Komponente wurden hergestellt. Die Stromdichte jeder Brenn­ stoffzelle bei Einleitung von reinem Wasserstoff, der kein CO-Gas enthielt, wurde gemessen. Anschließend wurde die Stromdichte jeder Brennstoffzelle bei Einleitung von mit 50 ppm CO-Gas vermischtem Wasserstoff gemessen. Die sich aus der Zugabe von CO-Gas zum Wasserstoff ergebende Abnahme (%) der Stromdichte wurde gemessen.
Das Meßergebnis ist in Form einer graphischen Darstellung in Fig. 6 aufgeführt, wobei jeweils die Ru/(Pt+Ru)-Gew.% als Abszisse, die Stromdichte als rechte Ordinate und die sich aus der Zugabe von CO zum Wasserstoff ergebende Abnahme (%) der Stromdichte als linke Ordinate herangezogen wurden.
Es wurden jeweils die bei Einleitung von reinem Wasserstoff gemessenen Stromdichtepunkte (E1) und die Punkte der Strom­ dichteabnahme bei Zugabe von CO zum Wasserstoff (C1) graphisch dargestellt.
Wie Fig. 6 zeigt, war jede bei Einleitung von reinem Wasser­ stoff gemessene Stromdichte selbst bei Variation der Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% annähernd gleich. Nur bei einem Punkt, bei dem die Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% auf 28,5 Gew.-% eingestellt waren, wurde für die Abnahme trotz der Zugabe von 50 ppm CO ein gu­ ter Wert erhalten. Wenn jedoch die Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% vom Punkt 28,5% aus Zunahmen oder Abnahmen, wurde die Abnahme groß, d. h. die Vergiftung durch CO stieg an. Um die katalyti­ sche Komponente mit geringerer Vergiftung durch CO herzustel­ len, ist es wichtig, die Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% auf den Bereich von 18 bis 42 Gew.-% festzulegen.
Nachstehend wird das dritte Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei diesem Beispiel wurde das Verfahren zur Auftragung der katalytischen Komponente auf die Anodenseite 71 der Brenn­ stoffzelle 7 von Beispiel 2 variiert, um so den Einfluß auf die Leistung der Zelle zu beobachten.
Drei Typen von Brennstoffzellen wurden verwendet, von denen bei einer die Anodenseite 71 eingesetzt wurde, bei welcher das über das in Beispiel 1 (vorliegende Erfindung: E2) be­ schriebene Herstellungsverfahren hergestellte katalytische Verbundformteil verwendet worden war, und bei den beiden an­ deren Anodenseiten eingesetzt wurden, bei welchen katalyti­ sche Verbundformteile verwendet wurden, die jeweils über an­ dere Herstellungsverfahren hergestellt worden waren (Ver­ gleichsbeispiele C2 und C3).
Das Vergleichsbeispiel C2 wurde über das Verfahren erhalten, bei welchem die Abscheidungsreihenfolge umgekehrt war, d. h. zuerst das Ruthenium und dann das Platin abgeschieden wurden. Die anderen Verfahren sind identisch mit denjenigen in Bei­ spiel 1.
Das Vergleichsbeispiel C3 verwendete das katalytische Ver­ bundformteil, welches durch gleichzeitige Abscheidung von Platin und Ruthenium hergestellt wurde. Genauer wurde eine gemischte Lösung, welche vorbestimmte Mengen an Platinchlorid und Rutheniumchlorid enthielt, auf das Formteil aufgetragen, welches einer Reduktion mit Wasserstoffgas unterzogen wurde. Als Ergebnis wurden das Platin und Ruthenium gleichzeitig ab­ geschieden und aufgetragen. Die anderen Verfahren waren iden­ tisch mit denjenigen in Beispiel l. Jede der Brennstoffzellen E2, C2 und C3 hatte bei der katalytischen Pt/Ru-Komponente die gleichen Ru/(Pt+Ru)-Gew.-% , welche auf 28,5 Gew.-% fest­ gelegt waren.
Dann wurde jede Zellspannung zur Stromdichte der vorstehenden 3 Brennstoffzelltypen gemessen. Der Überdruck an der Anoden­ seite und der Überdruck an der Kathodenseite wurden bei der Energieerzeugung jeweils auf 0,5 kg/cm² und 1,0 kg/cm² einge­ stellt.
Die Meßergebnisse sind in einer graphischen Darstellung in Fig. 7 aufgeführt, wobei die Stromdichte als Abszisse und die Zellspannung als Ordinate herangezogen wurde. Die entspre­ chenden Meßpunkte dieser Brennstoffzellen E2, C2 und C3 wur­ den aufgetragen.
Bezugnehmend auf Fig. 7 zeigt die Brennstoffzelle E2, bei der das über das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung her­ gestellte katalytische Verbundformteil als Anodenseite ver­ wendet wurde, über einen gesamten Meßbereich eine höhere Zellspannung als C2 und C3, was eine ausgezeichnete Lei­ stungsfähigkeit als Brennstoffzelle anzeigt.
Die Vergleichsbeispiele C2 und C3 zeigen über den gesamten Meßbereich, insbesondere in dem Bereich, in dem die Strom­ dichte groß ist, schlechtere Leistungen als E2.
Dies zeigt an, daß die katalytische Komponente, die durch ge­ trennte Abscheidung von zunächst Platin und anschließend Ru­ thenium erhalten wurde, die höchste Leistungsfähigkeit be­ reitstellen kann.
Wie vorstehend erwähnt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Verbund­ formteils zur Erreichung einer verbesserten Ausbeute, einer ausgezeichneten Qualität sowie von geringen Herstellungsko­ sten bereitgestellt.
Eine Lösung einer Platinverbindung wird auf ein leitendes Formteil, welches ein leitendes Material und ein wasserabwei­ sendes Material enthält, aufgetragen. Das Formteil wird einer Reduktion in einem reduzierenden Gasstrom wie Wasserstoffgas unterzogen, so daß metallisches Platin auf einer Oberfläche des leitenden Materials abgeschieden wird. Anschließend wird weiterhin eine Lösung einer Rutheniumverbindung auf das lei­ tende Formteil aufgetragen, welches einer Reduktion in einem reduzierenden Gasstrom wie Wasserstoffgas zur Abscheidung von metallischem Ruthenium auf einer Oberfläche des leitenden Ma­ terials unterzogen wird. Als Ergebnis ist eine katalytische Komponente, welche Platin und Ruthenium enthält, auf das Formteil aufgetragen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Verbund­ formteils (1), gekennzeichnet durch
einen Schritt der Auftragung einer Lösung einer Platinverbin­ dung auf ein leitendes Formteil (10), welches ein leitendes Material (11) und ein wasserabweisendes Material (12) ent­ hält, der Unterziehung des Formteils (10) einer Reduktion in einem reduzierenden Gasstrom wie Wasserstoffgas und der Ab­ scheidung von metallischen Platin auf einer Oberfläche des leitenden Materials (11); und
einen Schritt der Auftragung einer Lösung einer Rutheniumver­ bindung auf das Formteil (10), der Unterziehung des Formteils (10) einer Reduktion in einem reduzierenden Gasstrom wie Was­ serstoffgas und der Abscheidung von metallischem Ruthenium auf einer Oberfläche des leitenden Materials (11), so daß ei­ ne katalytische Komponente (22), welche das metallische Pla­ tin und das metallische Ruthenium enthält, auf das Formteil (10) aufgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinverbindung ein Platinchlorid ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutheniumverbindung ein Rutheniumchlorid ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Ruthenium (Ru) zu Platin (Pt) bei der ka­ talytischen Komponente (22) als Ru/(Pt+Ru)-Wert auf einen Be­ reich von 18 bis 42 Gew.-% festgelegt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material (11) aus Rußpartikeln gebildet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserabweisende Material (12) aus Tetrafluorethylen ge­ bildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Verbundformteil (1) zur Herstellung einer Anodenseite (71) einer Brennstoffzelle (7) verwendet wird.
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