JP2002273224A - 燃料電池の電極触媒層 - Google Patents
燃料電池の電極触媒層Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】十分な触媒活性と対りん酸耐食性を備え、長時
間運転しても特性の劣化の少ないものを得る。 【解決手段】異なる熱処理温度でグラファイト化処理し
た２種類以上のカーボン粉末を混合してカーボン担体を
形成し、このカーボン担体に白金と卑金属を担持して白
金合金担持触媒を形成し、この白金合金担持触媒を用い
て電極触媒層を形成する。
間運転しても特性の劣化の少ないものを得る。 【解決手段】異なる熱処理温度でグラファイト化処理し
た２種類以上のカーボン粉末を混合してカーボン担体を
形成し、このカーボン担体に白金と卑金属を担持して白
金合金担持触媒を形成し、この白金合金担持触媒を用い
て電極触媒層を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、りん酸形燃料電池
を構成する電極触媒層に関する。
を構成する電極触媒層に関する。
【０００２】
【従来の技術】りん酸形燃料電池のカソード反応には白
金が優れた活性を示すことが知られており、燃料電池開
発のごく初期には電極触媒層の触媒として白金黒が用い
られてきた。しかしながら、白金黒で高い比表面積を有
する超微粒子を生成することは困難であり、このため白
金黒を電極触媒層の触媒に用いた燃料電池では出力密度
を高くすることができなかった。この課題を克服するも
のとして開発された触媒が、例えばカーボンブラック等
の電子導電性を有する高比表面積の材料からなる担体に
白金を担持させて形成した白金担持触媒である。この白
金担持触媒は上記の白金黒触媒に比較して比表面積が格
段に高く、これを電極触媒層の触媒に用いた燃料電池で
は高い出力密度が得られた。
金が優れた活性を示すことが知られており、燃料電池開
発のごく初期には電極触媒層の触媒として白金黒が用い
られてきた。しかしながら、白金黒で高い比表面積を有
する超微粒子を生成することは困難であり、このため白
金黒を電極触媒層の触媒に用いた燃料電池では出力密度
を高くすることができなかった。この課題を克服するも
のとして開発された触媒が、例えばカーボンブラック等
の電子導電性を有する高比表面積の材料からなる担体に
白金を担持させて形成した白金担持触媒である。この白
金担持触媒は上記の白金黒触媒に比較して比表面積が格
段に高く、これを電極触媒層の触媒に用いた燃料電池で
は高い出力密度が得られた。
【０００３】しかしながら、この白金担持触媒を用いて
構成した燃料電池においても、発電運転を続けると、白
金触媒のりん酸への溶出や白金粒子同士の凝縮が生じ
て、電池特性が低下するという難点があった。カーボン
ブラック等の担体に白金と卑金属とを担持させて形成し
た白金合金担持触媒はこの難点を解消するものとして開
発された触媒であり、各種の白金合金担持触媒が、評価
試験において上記の白金担持触媒より優れた触媒活性を
示し、かつ実用条件下での運転試験においても優れた耐
久性を示している。
構成した燃料電池においても、発電運転を続けると、白
金触媒のりん酸への溶出や白金粒子同士の凝縮が生じ
て、電池特性が低下するという難点があった。カーボン
ブラック等の担体に白金と卑金属とを担持させて形成し
た白金合金担持触媒はこの難点を解消するものとして開
発された触媒であり、各種の白金合金担持触媒が、評価
試験において上記の白金担持触媒より優れた触媒活性を
示し、かつ実用条件下での運転試験においても優れた耐
久性を示している。
【０００４】さらに、この白金合金担持触媒において
も、担体としてカーボンブラックを用いるものにおいて
は、燃料電池の運転条件下におけるカーボンのりん酸に
よる腐食を防止して寿命特性を向上するために、使用す
るカーボンブラックをあらかじめ 1000 ℃以上の高温下
で熱処理して高耐食性のグラファイト構造へと近づける
方法が一般に採られており、熱処理温度が高いほど耐食
性が向上すると見なされている。
も、担体としてカーボンブラックを用いるものにおいて
は、燃料電池の運転条件下におけるカーボンのりん酸に
よる腐食を防止して寿命特性を向上するために、使用す
るカーボンブラックをあらかじめ 1000 ℃以上の高温下
で熱処理して高耐食性のグラファイト構造へと近づける
方法が一般に採られており、熱処理温度が高いほど耐食
性が向上すると見なされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
りん酸形燃料電池の電極触媒層には白金合金担持触媒、
特に担体としてカーボンブラックを用いた白金合金担持
触媒が用いられており、かつ、りん酸によるカーボンの
腐食を防止するためにカーボンブラックをあらかじめ 1
000 ℃以上の高温下で熱処理している。
りん酸形燃料電池の電極触媒層には白金合金担持触媒、
特に担体としてカーボンブラックを用いた白金合金担持
触媒が用いられており、かつ、りん酸によるカーボンの
腐食を防止するためにカーボンブラックをあらかじめ 1
000 ℃以上の高温下で熱処理している。
【０００６】しかしながら、このようにカーボンブラッ
クを高温において熱処理すると、熱処理温度が高いほ
ど、カーボンブラックの耐食性は向上する傾向にある
が、同時にカーボンブラックの比表面積が減少する傾向
にあり、カーボンブラック上に白金合金触媒を担持した
白金合金担持触媒では、カーボンブラックの熱処理温度
が高いほど触媒の粒径が大きくなり、触媒活性が低下し
て燃料電池の発電セル電圧が低くなってしまう傾向にあ
る。これに対して、カーボンブラックの熱処理温度を低
くすれば、白金合金担持触媒の粒径が小さくなり、燃料
電池の発電セル電圧は高くなるが、カーボンブラックの
グラファイト化が不足気味となるため、長時間運転を継
続するとりん酸によるカーボンブラックの腐食が生じ
て、より早期に発電性能が低下してしまう傾向となる。
クを高温において熱処理すると、熱処理温度が高いほ
ど、カーボンブラックの耐食性は向上する傾向にある
が、同時にカーボンブラックの比表面積が減少する傾向
にあり、カーボンブラック上に白金合金触媒を担持した
白金合金担持触媒では、カーボンブラックの熱処理温度
が高いほど触媒の粒径が大きくなり、触媒活性が低下し
て燃料電池の発電セル電圧が低くなってしまう傾向にあ
る。これに対して、カーボンブラックの熱処理温度を低
くすれば、白金合金担持触媒の粒径が小さくなり、燃料
電池の発電セル電圧は高くなるが、カーボンブラックの
グラファイト化が不足気味となるため、長時間運転を継
続するとりん酸によるカーボンブラックの腐食が生じ
て、より早期に発電性能が低下してしまう傾向となる。
【０００７】したがって、十分な触媒活性と対りん酸耐
食性を得るためには、カーボンブラックの熱処理温度を
特定の温度に常時制御して熱処理する必要がある。しか
しながら、大量のカーボンブラックを工業的に熱処理す
る際にカーボンブラック自体の熱処理温度を精密に温度
制御することは非常に困難であり、設定温度の± 100℃
の温度範囲において熱処理されるのが通例である。この
ため、十分な触媒活性と対りん酸耐食性が得られる特定
の温度での熱処理は事実上不可能に近い。
食性を得るためには、カーボンブラックの熱処理温度を
特定の温度に常時制御して熱処理する必要がある。しか
しながら、大量のカーボンブラックを工業的に熱処理す
る際にカーボンブラック自体の熱処理温度を精密に温度
制御することは非常に困難であり、設定温度の± 100℃
の温度範囲において熱処理されるのが通例である。この
ため、十分な触媒活性と対りん酸耐食性が得られる特定
の温度での熱処理は事実上不可能に近い。
【０００８】本発明は上記のごとき従来技術の現状を考
慮してなされたもので、その目的は、十分な触媒活性と
対りん酸耐食性を備え、長時間にわたって運転させても
発電特性の劣化の少ない燃料電池の電極触媒層を提供す
ることにある。
慮してなされたもので、その目的は、十分な触媒活性と
対りん酸耐食性を備え、長時間にわたって運転させても
発電特性の劣化の少ない燃料電池の電極触媒層を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、白金合金担持触媒を用いて形
成される燃料電池の電極触媒層において、 （１）上記の白金合金担持触媒として、異なる熱処理温
度で熱処理された２種類以上のカーボン粉末を混合して
形成されたカーボン担体に白金と卑金属を担持して形成
された白金合金担持触媒を用いることとする。
めに、本発明においては、白金合金担持触媒を用いて形
成される燃料電池の電極触媒層において、 （１）上記の白金合金担持触媒として、異なる熱処理温
度で熱処理された２種類以上のカーボン粉末を混合して
形成されたカーボン担体に白金と卑金属を担持して形成
された白金合金担持触媒を用いることとする。
【００１０】（２）あるいは、上記の白金合金担持触媒
として、異なる熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末
より形成されたカーボン担体に白金と卑金属を担持して
形成された２種類以上の触媒を混合して形成した白金合
金担持触媒を用いることとする。 （３）さらに、上記のカーボン粉末の熱処理温度のう
ち、少なくとも一つの熱処理温度を 2700 ℃乃至 2800
℃の温度範囲に選定し、他の少なくとも一つの熱処理温
度を 2400 ℃乃至 2500 ℃の温度範囲に選定することと
する。
として、異なる熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末
より形成されたカーボン担体に白金と卑金属を担持して
形成された２種類以上の触媒を混合して形成した白金合
金担持触媒を用いることとする。 （３）さらに、上記のカーボン粉末の熱処理温度のう
ち、少なくとも一つの熱処理温度を 2700 ℃乃至 2800
℃の温度範囲に選定し、他の少なくとも一つの熱処理温
度を 2400 ℃乃至 2500 ℃の温度範囲に選定することと
する。
【００１１】上記の（１）あるいは（２）のごとく、異
なる熱処理温度で熱処理された２種類以上のカーボン粉
末をカーボン担体とする白金合金担持触媒を用いて電極
触媒層を形成すれば、形成された電極触媒層は、各熱処
理温度で熱処理されたカーボン粉末をカーボン担体とす
る白金合金担持触媒のそれぞれの特性を合わせ持つこと
となり、特に、下記の実施例に示すように、触媒活性
は、より低い熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末を
カーボン担体とする白金合金担持触媒の特性に近い値と
なり、対りん酸耐食性は、より高い熱処理温度で熱処理
されたカーボン粉末をカーボン担体とする白金合金担持
触媒の特性に近い値となるので、単一の熱処理温度で熱
処理されたカーボン粉末をカーボン担体とする白金合金
担持触媒に比較して、触媒活性と対りん酸耐食性を兼ね
備えた電極触媒層を形成することができる。
なる熱処理温度で熱処理された２種類以上のカーボン粉
末をカーボン担体とする白金合金担持触媒を用いて電極
触媒層を形成すれば、形成された電極触媒層は、各熱処
理温度で熱処理されたカーボン粉末をカーボン担体とす
る白金合金担持触媒のそれぞれの特性を合わせ持つこと
となり、特に、下記の実施例に示すように、触媒活性
は、より低い熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末を
カーボン担体とする白金合金担持触媒の特性に近い値と
なり、対りん酸耐食性は、より高い熱処理温度で熱処理
されたカーボン粉末をカーボン担体とする白金合金担持
触媒の特性に近い値となるので、単一の熱処理温度で熱
処理されたカーボン粉末をカーボン担体とする白金合金
担持触媒に比較して、触媒活性と対りん酸耐食性を兼ね
備えた電極触媒層を形成することができる。
【００１２】特に、上記（３）のごとく、これらのカー
ボン粉末の熱処理温度の範囲を選定すれば、特に対りん
酸耐食性に優れる 2700 ℃乃至 2800 ℃の温度で熱処理
されたカーボン粉末と、特に触媒活性に優れる 2400 ℃
乃至 2500 ℃の温度で熱処理されたカーボン粉末とがカ
ーボン担体に含まれるので、触媒活性と対りん酸耐食性
を兼ね備えた電極触媒層が効果的に形成される。
ボン粉末の熱処理温度の範囲を選定すれば、特に対りん
酸耐食性に優れる 2700 ℃乃至 2800 ℃の温度で熱処理
されたカーボン粉末と、特に触媒活性に優れる 2400 ℃
乃至 2500 ℃の温度で熱処理されたカーボン粉末とがカ
ーボン担体に含まれるので、触媒活性と対りん酸耐食性
を兼ね備えた電極触媒層が効果的に形成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて詳
しく説明する。 ＜実施例１＞本実施例では、異なる熱処理温度で熱処理
された３種類のカーボン粉末を混合して形成したカーボ
ン担体に白金と卑金属を担持して白金合金担持触媒を形
成し、この白金合金担持触媒を用いて電極触媒層を形成
した。その製造方法は以下の通りである。
しく説明する。 ＜実施例１＞本実施例では、異なる熱処理温度で熱処理
された３種類のカーボン粉末を混合して形成したカーボ
ン担体に白金と卑金属を担持して白金合金担持触媒を形
成し、この白金合金担持触媒を用いて電極触媒層を形成
した。その製造方法は以下の通りである。
【００１４】まず、それぞれ 2400 ℃、 2600 ℃、 280
0 ℃の熱処理温度でグラファイト化処理した３種類のカ
ーボンブラックを１：１：１の割合で秤量し、これらを
全て脱イオン水に十分に分散させた。この後、塩化白金
酸水溶液を添加し、次いでギ酸水溶液を使用して還元を
行った。還元工程終了後、ケーキを濾過分離し、洗浄し
たのち凍結真空乾燥することにより白金担持触媒を得
た。
0 ℃の熱処理温度でグラファイト化処理した３種類のカ
ーボンブラックを１：１：１の割合で秤量し、これらを
全て脱イオン水に十分に分散させた。この後、塩化白金
酸水溶液を添加し、次いでギ酸水溶液を使用して還元を
行った。還元工程終了後、ケーキを濾過分離し、洗浄し
たのち凍結真空乾燥することにより白金担持触媒を得
た。
【００１５】次に、得られた白金担持触媒を再度イオン
水に分散させたのち、合金化をする卑金属の硝酸塩を添
加して攪拌した。次いでアンモニア水を加えたのち、ケ
ーキを濾過分離し、洗浄、乾燥した後、電気炉内におい
て熱処理して合金化させ、白金合金担持触媒を得た。次
いで、得られた白金合金担持触媒とフッ素樹脂を、界面
活性剤を添加した分散媒溶液中で攪拌混合しながら、超
音波を印加して均一に分散混合した。次に、この溶液に
凝集剤を添加して凝集させた後、凝集物を混練し、圧延
処理を行ってシート上に成形し、多孔質カーボン基材上
に圧着したのちフッ素樹脂の融点温度付近で熱処理を行
って燃料電池の電極触媒層を得た。
水に分散させたのち、合金化をする卑金属の硝酸塩を添
加して攪拌した。次いでアンモニア水を加えたのち、ケ
ーキを濾過分離し、洗浄、乾燥した後、電気炉内におい
て熱処理して合金化させ、白金合金担持触媒を得た。次
いで、得られた白金合金担持触媒とフッ素樹脂を、界面
活性剤を添加した分散媒溶液中で攪拌混合しながら、超
音波を印加して均一に分散混合した。次に、この溶液に
凝集剤を添加して凝集させた後、凝集物を混練し、圧延
処理を行ってシート上に成形し、多孔質カーボン基材上
に圧着したのちフッ素樹脂の融点温度付近で熱処理を行
って燃料電池の電極触媒層を得た。
【００１６】このようにして形成した電極触媒層を組み
込んでりん酸形燃料電池を作製し、カソードガスとして
空気を、またアノードガスとして水素と二酸化炭素の混
合ガスを供給し、大気圧、運転温度 190℃で発電試験を
行った。図１は、本実施例の電極触媒層を用いたりん酸
形燃料電池の出力電圧特性を従来例と比較して示す特性
図で、横軸は負荷電流、縦軸は出力電圧である。また、
図２は、本実施例の電極触媒層を用いたりん酸形燃料電
池の寿命特性を従来例と比較して示す特性図で、横軸は
運転時間、縦軸は出力電圧である。これらの図におい
て、実線で表示された特性Ａが本実施例の電極触媒層を
用いたりん酸形燃料電池の特性である。また、点線で表
示された特性Ｂは、 2400 ℃の熱処理温度で処理された
カーボン粉末のみをカーボン担体とする白金合金担持触
媒を用いた電極触媒層を組み込んだりん酸形燃料電池の
特性であり、一点鎖線で表示された特性Ｃは、 2800 ℃
の熱処理温度で処理されたカーボン粉末のみをカーボン
担体とする白金合金担持触媒を用いた電極触媒層を組み
込んだりん酸形燃料電池の特性である。
込んでりん酸形燃料電池を作製し、カソードガスとして
空気を、またアノードガスとして水素と二酸化炭素の混
合ガスを供給し、大気圧、運転温度 190℃で発電試験を
行った。図１は、本実施例の電極触媒層を用いたりん酸
形燃料電池の出力電圧特性を従来例と比較して示す特性
図で、横軸は負荷電流、縦軸は出力電圧である。また、
図２は、本実施例の電極触媒層を用いたりん酸形燃料電
池の寿命特性を従来例と比較して示す特性図で、横軸は
運転時間、縦軸は出力電圧である。これらの図におい
て、実線で表示された特性Ａが本実施例の電極触媒層を
用いたりん酸形燃料電池の特性である。また、点線で表
示された特性Ｂは、 2400 ℃の熱処理温度で処理された
カーボン粉末のみをカーボン担体とする白金合金担持触
媒を用いた電極触媒層を組み込んだりん酸形燃料電池の
特性であり、一点鎖線で表示された特性Ｃは、 2800 ℃
の熱処理温度で処理されたカーボン粉末のみをカーボン
担体とする白金合金担持触媒を用いた電極触媒層を組み
込んだりん酸形燃料電池の特性である。
【００１７】図１に示した燃料電池の出力電圧特性を見
ると、本実施例の電極触媒層を用いた場合の出力電圧特
性（特性Ａ）は、 2800 ℃の熱処理温度で処理されたカ
ーボン粉末のみを使用した電極触媒層を用いた場合の出
力電圧特性（特性Ｃ）に比較して、同一発電条件下での
出力電圧が 10 〜 20mV 向上しており、 2400 ℃の熱処
理温度で処理されたカーボン粉末のみを使用した電極触
媒層を用いた場合の出力電圧特性（特性Ｂ）にほぼ近い
特性が得られている。本実施例の電極触媒層を形成する
際に用いられたカーボン担体に 2400 ℃の熱処理温度で
処理された比表面積の大きなカーボン粉末からなるカー
ボン担体が存在することによって、白金合金担持触媒の
粒径が細かく分散され、良好な出力電圧特性が得られた
ものと考えられる。
ると、本実施例の電極触媒層を用いた場合の出力電圧特
性（特性Ａ）は、 2800 ℃の熱処理温度で処理されたカ
ーボン粉末のみを使用した電極触媒層を用いた場合の出
力電圧特性（特性Ｃ）に比較して、同一発電条件下での
出力電圧が 10 〜 20mV 向上しており、 2400 ℃の熱処
理温度で処理されたカーボン粉末のみを使用した電極触
媒層を用いた場合の出力電圧特性（特性Ｂ）にほぼ近い
特性が得られている。本実施例の電極触媒層を形成する
際に用いられたカーボン担体に 2400 ℃の熱処理温度で
処理された比表面積の大きなカーボン粉末からなるカー
ボン担体が存在することによって、白金合金担持触媒の
粒径が細かく分散され、良好な出力電圧特性が得られた
ものと考えられる。
【００１８】次に、図２に示した燃料電池の寿命特性を
見ると、 2400 ℃の熱処理温度で処理されたカーボン粉
末のみを使用した電極触媒層を用いた燃料電池の場合
（特性Ｂ）には、図１にも見られたごとく当初は高い出
力電圧が得られたが、運転時間の経過とともに急速に低
下した。一方、 2800 ℃の熱処理温度で処理されたカー
ボン粉末のみを使用した電極触媒層を用いた燃料電池の
場合（特性Ｃ）には、当初の出力電圧は相対的に低かっ
たが、その低下速度は小さく、運転時間が長時間経過す
ると、特性Ｂより高い出力電圧が得られることとなっ
た。これに対し、本実施例の電極触媒層を用いた場合
（特性Ａ）には、当初の出力電圧が特性Ｂにほぼ近い高
い値であるにもかかわらず、出力電圧の低下速度は小さ
く、特性Ｂの低下速度に比べて約7 ％減少しており、特
性Ｃの低下速度にほぼ近い値が得られている。これらの
結果から、 2800 ℃の熱処理温度で処理された対りん酸
耐食性の高いカーボン粉末からなるカーボン担体が存在
することによって、出力電圧の低下速度が低く抑えられ
たものと判断される。
見ると、 2400 ℃の熱処理温度で処理されたカーボン粉
末のみを使用した電極触媒層を用いた燃料電池の場合
（特性Ｂ）には、図１にも見られたごとく当初は高い出
力電圧が得られたが、運転時間の経過とともに急速に低
下した。一方、 2800 ℃の熱処理温度で処理されたカー
ボン粉末のみを使用した電極触媒層を用いた燃料電池の
場合（特性Ｃ）には、当初の出力電圧は相対的に低かっ
たが、その低下速度は小さく、運転時間が長時間経過す
ると、特性Ｂより高い出力電圧が得られることとなっ
た。これに対し、本実施例の電極触媒層を用いた場合
（特性Ａ）には、当初の出力電圧が特性Ｂにほぼ近い高
い値であるにもかかわらず、出力電圧の低下速度は小さ
く、特性Ｂの低下速度に比べて約7 ％減少しており、特
性Ｃの低下速度にほぼ近い値が得られている。これらの
結果から、 2800 ℃の熱処理温度で処理された対りん酸
耐食性の高いカーボン粉末からなるカーボン担体が存在
することによって、出力電圧の低下速度が低く抑えられ
たものと判断される。
【００１９】＜実施例２＞本実施例では、異なる熱処理
温度で熱処理したカーボン粉末よりなるカーボン担体に
白金と卑金属を担持させて３種類の触媒を形成し、これ
らの３種類の触媒を混合して形成した白金合金担持触媒
を用いて電極触媒層を形成した。その製造方法は以下の
通りである。
温度で熱処理したカーボン粉末よりなるカーボン担体に
白金と卑金属を担持させて３種類の触媒を形成し、これ
らの３種類の触媒を混合して形成した白金合金担持触媒
を用いて電極触媒層を形成した。その製造方法は以下の
通りである。
【００２０】まず、 2400 ℃の熱処理温度でグラファイ
ト化処理したカーボンブラックを秤量して脱イオン水に
十分に分散させた。この後、塩化白金酸水溶液を添加
し、次いでギ酸水溶液を使用して還元を行った。還元工
程終了後、ケーキを濾過分離し、洗浄したのち凍結真空
乾燥することにより白金担持触媒を得た。次に、得られ
た白金担持触媒を再度イオン水に分散させたのち、合金
化をする卑金属の硝酸塩を添加して攪拌した。次いでア
ンモニア水を加えたのち、ケーキを濾過分離し、洗浄、
乾燥した後、電気炉内において熱処理して合金化させ、
第１の白金合金担持触媒を得た。
ト化処理したカーボンブラックを秤量して脱イオン水に
十分に分散させた。この後、塩化白金酸水溶液を添加
し、次いでギ酸水溶液を使用して還元を行った。還元工
程終了後、ケーキを濾過分離し、洗浄したのち凍結真空
乾燥することにより白金担持触媒を得た。次に、得られ
た白金担持触媒を再度イオン水に分散させたのち、合金
化をする卑金属の硝酸塩を添加して攪拌した。次いでア
ンモニア水を加えたのち、ケーキを濾過分離し、洗浄、
乾燥した後、電気炉内において熱処理して合金化させ、
第１の白金合金担持触媒を得た。
【００２１】次に、 2600 ℃の熱処理温度でグラファイ
ト化処理したカーボンブラックを秤量し、上記の方法と
同一の方法により第２の白金合金担持触媒を得た。さら
に、2800 ℃の熱処理温度でグラファイト化処理したカ
ーボンブラックを秤量し、上記の方法と同一の方法によ
り第３の白金合金担持触媒を得た。次いで、得られたこ
れらの３種類の白金合金担持触媒を重量比１：１：１の
割合で秤量して、よく混合した。その後、３種類を混合
して得られた白金合金担持触媒とフッ素樹脂を、界面活
性剤を添加した分散媒溶液中で攪拌混合しながら、超音
波を印加して均一に分散混合した。次に、この溶液に凝
集剤を添加して凝集させた後、凝集物を混練し、圧延処
理を行ってシート上に成形し、多孔質カーボン基材上に
圧着したのちフッ素樹脂の融点温度付近で熱処理を行っ
て燃料電池の電極触媒層を得た。
ト化処理したカーボンブラックを秤量し、上記の方法と
同一の方法により第２の白金合金担持触媒を得た。さら
に、2800 ℃の熱処理温度でグラファイト化処理したカ
ーボンブラックを秤量し、上記の方法と同一の方法によ
り第３の白金合金担持触媒を得た。次いで、得られたこ
れらの３種類の白金合金担持触媒を重量比１：１：１の
割合で秤量して、よく混合した。その後、３種類を混合
して得られた白金合金担持触媒とフッ素樹脂を、界面活
性剤を添加した分散媒溶液中で攪拌混合しながら、超音
波を印加して均一に分散混合した。次に、この溶液に凝
集剤を添加して凝集させた後、凝集物を混練し、圧延処
理を行ってシート上に成形し、多孔質カーボン基材上に
圧着したのちフッ素樹脂の融点温度付近で熱処理を行っ
て燃料電池の電極触媒層を得た。
【００２２】このようにして形成した電極触媒層を組み
込んでりん酸形燃料電池を作製し、実施例１のりん酸形
燃料電池の試験条件と同一条件下において発電試験を行
った。その結果によれば、燃料電池の出力電圧特性およ
び寿命特性は、いずれも実施例１で試験したりん酸形燃
料電池の特性（図１、図２の特性Ａ参照）と同等で、相
対的に高い出力電圧が得られ、かつ長時間運転に伴う出
力電圧の低下速度が低く抑えられた。
込んでりん酸形燃料電池を作製し、実施例１のりん酸形
燃料電池の試験条件と同一条件下において発電試験を行
った。その結果によれば、燃料電池の出力電圧特性およ
び寿命特性は、いずれも実施例１で試験したりん酸形燃
料電池の特性（図１、図２の特性Ａ参照）と同等で、相
対的に高い出力電圧が得られ、かつ長時間運転に伴う出
力電圧の低下速度が低く抑えられた。
【００２３】これらの実施例の結果から、白金合金担持
触媒に異なる熱処理温度で熱処理したカーボン粉末、特
に、寿命特性の向上に効果のある 2700 ℃乃至 2800 ℃
の温度で熱処理したカーボン粉末と、出力電圧特性の向
上に効果のある 2400 ℃乃至2500 ℃の温度で熱処理し
たカーボン粉末を含むカーボン担体を使用して電極触媒
層を形成すれば、出力電圧特性および寿命特性が向上す
ることがわかる。したがって、本発明は、上記実施例に
記載の白金担持触媒の製造方法や白金合金担持触媒の製
造方法に限定されるものではなく、他の周知の製造方法
を用いても同様の効果が得られる。
触媒に異なる熱処理温度で熱処理したカーボン粉末、特
に、寿命特性の向上に効果のある 2700 ℃乃至 2800 ℃
の温度で熱処理したカーボン粉末と、出力電圧特性の向
上に効果のある 2400 ℃乃至2500 ℃の温度で熱処理し
たカーボン粉末を含むカーボン担体を使用して電極触媒
層を形成すれば、出力電圧特性および寿命特性が向上す
ることがわかる。したがって、本発明は、上記実施例に
記載の白金担持触媒の製造方法や白金合金担持触媒の製
造方法に限定されるものではなく、他の周知の製造方法
を用いても同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、燃料電
池の電極触媒層を形成する白金合金担持触媒として、異
なる熱処理温度で熱処理された２種類以上のカーボン粉
末を混合して形成されたカーボン担体に白金と卑金属を
担持して形成された白金合金担持触媒、あるいは、異な
る熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末より形成され
たカーボン担体に白金と卑金属を担持して形成された２
種類以上の触媒を混合して形成した白金合金担持触媒を
用いることとし、さらに、上記のカーボン粉末の熱処理
温度のうち、少なくとも一つを 2700 ℃乃至 2800 ℃の
温度範囲に選定し、他の少なくとも一つを 2400 ℃乃至
2500 ℃の温度範囲に選定することとしたので、十分な
触媒活性と対りん酸耐食性を備え、長時間にわたって運
転を継続しても発電特性の劣化の少ない燃料電池の電極
触媒層が得られることとなった。
池の電極触媒層を形成する白金合金担持触媒として、異
なる熱処理温度で熱処理された２種類以上のカーボン粉
末を混合して形成されたカーボン担体に白金と卑金属を
担持して形成された白金合金担持触媒、あるいは、異な
る熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末より形成され
たカーボン担体に白金と卑金属を担持して形成された２
種類以上の触媒を混合して形成した白金合金担持触媒を
用いることとし、さらに、上記のカーボン粉末の熱処理
温度のうち、少なくとも一つを 2700 ℃乃至 2800 ℃の
温度範囲に選定し、他の少なくとも一つを 2400 ℃乃至
2500 ℃の温度範囲に選定することとしたので、十分な
触媒活性と対りん酸耐食性を備え、長時間にわたって運
転を継続しても発電特性の劣化の少ない燃料電池の電極
触媒層が得られることとなった。
【図１】本実施例の電極触媒層を用いたりん酸形燃料電
池の出力電圧特性を従来例と比較して示す特性図
池の出力電圧特性を従来例と比較して示す特性図
【図２】本実施例の電極触媒層を用いたりん酸形燃料電
池の寿命特性を従来例と比較して示す特性図
池の寿命特性を従来例と比較して示す特性図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G069 AA01 AA03 AA08 BA08A BA08B BB02A BB02B BC75A BC75B CC32 DA05 EA08 EA11 FA01 FA02 FA03 FB13 FB29 FB46 FB70 FB71 FC07 5H018 AA04 AS01 BB01 BB03 BB12 BB17 DD08 EE03 EE06 EE08 EE10 EE18 HH08
Claims (3)
- 【請求項１】白金合金担持触媒を用いて形成される燃料
電池の電極触媒層において、前記の白金合金担持触媒
が、異なる熱処理温度で熱処理された２種類以上のカー
ボン粉末を混合して形成されたカーボン担体に白金と卑
金属を担持して形成された白金合金担持触媒であること
を特徴とする燃料電池の電極触媒層。 - 【請求項２】白金合金担持触媒を用いて形成される燃料
電池の電極触媒層において、前記の白金合金担持触媒
が、異なる熱処理温度で熱処理されたカーボン粉末より
形成されたカーボン担体に白金と卑金属を担持して形成
された２種類以上の触媒を混合してなる白金合金担持触
媒であることを特徴とする燃料電池の電極触媒層。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の燃料電池の電極
触媒層において、前記のカーボン粉末の熱処理温度のう
ち、少なくとも一つが 2700 ℃乃至 2800 ℃の温度範囲
にあり、他の少なくとも一つが 2400 ℃乃至 2500 ℃の
温度範囲にあることを特徴とする燃料電池の電極触媒
層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082088A JP2002273224A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 燃料電池の電極触媒層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082088A JP2002273224A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 燃料電池の電極触媒層 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002273224A true JP2002273224A (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=18938078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001082088A Withdrawn JP2002273224A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 燃料電池の電極触媒層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002273224A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008183508A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Tokyo Institute Of Technology | 複合材料およびその製造方法 |
| EP2028706A1 (en) | 2007-08-02 | 2009-02-25 | Toyota Jidosha Kabusiki Kaisha | Catalyst-loaded support used for forming electrode for fuel cell, and method of producing the same |
| WO2009104500A1 (ja) | 2008-02-20 | 2009-08-27 | 昭和電工株式会社 | 触媒用担体、触媒およびその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-22 JP JP2001082088A patent/JP2002273224A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008183508A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Tokyo Institute Of Technology | 複合材料およびその製造方法 |
| EP2028706A1 (en) | 2007-08-02 | 2009-02-25 | Toyota Jidosha Kabusiki Kaisha | Catalyst-loaded support used for forming electrode for fuel cell, and method of producing the same |
| WO2009104500A1 (ja) | 2008-02-20 | 2009-08-27 | 昭和電工株式会社 | 触媒用担体、触媒およびその製造方法 |
| US8541334B2 (en) | 2008-02-20 | 2013-09-24 | Showa Denko K.K. | Catalyst carrier, catalyst and process for producing the same |
| US8785342B2 (en) | 2008-02-20 | 2014-07-22 | Showa Denko K.K. | Catalyst carrier, catalyst and process for producing the same |
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Legal Events
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|
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|
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|
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|
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|
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