JP2003331855A - 固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒および固体高分子形燃料電池 - Google Patents
固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒および固体高分子形燃料電池Info
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- JP2003331855A JP2003331855A JP2002141103A JP2002141103A JP2003331855A JP 2003331855 A JP2003331855 A JP 2003331855A JP 2002141103 A JP2002141103 A JP 2002141103A JP 2002141103 A JP2002141103 A JP 2002141103A JP 2003331855 A JP2003331855 A JP 2003331855A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 Ｐｔ使用量を大幅に低減するとともに従来に
比し著しい高活性を実現できる固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒およびこれを用いた固体高分子形燃料
電池を提供する。 【解決手段】 固体高分子形燃料電池用カソード電極触
媒は、Ｐｔ−Ｃｕ系合金を導電性カーボンに担持して成
ることを特徴とする。ここで、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組
成比としては原子数比でＰｔ含有量が２０〜４０％であ
ることを特徴とする。また、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組成
比としては原子数比でＰｔ：Ｃｕ＝３：７のＰｔ−Ｃｕ
合金であることを特徴とする。さらに、Ｐｔ−Ｃｕ系合
金は、高周波スパッタリングによって導電性カーボンに
担持されている。
比し著しい高活性を実現できる固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒およびこれを用いた固体高分子形燃料
電池を提供する。 【解決手段】 固体高分子形燃料電池用カソード電極触
媒は、Ｐｔ−Ｃｕ系合金を導電性カーボンに担持して成
ることを特徴とする。ここで、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組
成比としては原子数比でＰｔ含有量が２０〜４０％であ
ることを特徴とする。また、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組成
比としては原子数比でＰｔ：Ｃｕ＝３：７のＰｔ−Ｃｕ
合金であることを特徴とする。さらに、Ｐｔ−Ｃｕ系合
金は、高周波スパッタリングによって導電性カーボンに
担持されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子形燃料
電池用カソード電極触媒およびこれを用いた固体高分子
形燃料電池に関する。
電池用カソード電極触媒およびこれを用いた固体高分子
形燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子形燃料電池は、次世代クリー
ンエネルギーシステムの中核を担う機器として脚光を浴
びており、地球温暖化問題やエネルギー枯渇問題等のグ
ローバルな環境問題に寄与するために、自動車用動力源
や分散型発電機器への大量導入が求められている。しか
し、従来の固体高分子形燃料電池では、性能が依然とし
て低く、コストが高い等の問題点に加え、電極触媒とし
てＰｔを多量に使用するため、大量導入を計った場合に
使用するＰｔ量が埋蔵量を超える可能性がある、という
基本的な問題点が多くの研究開発者から指摘されてい
る。
ンエネルギーシステムの中核を担う機器として脚光を浴
びており、地球温暖化問題やエネルギー枯渇問題等のグ
ローバルな環境問題に寄与するために、自動車用動力源
や分散型発電機器への大量導入が求められている。しか
し、従来の固体高分子形燃料電池では、性能が依然とし
て低く、コストが高い等の問題点に加え、電極触媒とし
てＰｔを多量に使用するため、大量導入を計った場合に
使用するＰｔ量が埋蔵量を超える可能性がある、という
基本的な問題点が多くの研究開発者から指摘されてい
る。
【０００３】その中で、Ｐｔを使用するカソード電極触
媒上での触媒反応に伴って生じるＰｔの損失は、電池内
の全エネルギー損失の約７０％を占める等、カソード電
極触媒は上述した問題点の全ての側面において重要な要
素であり、大幅なＰｔ使用量の低減と格段の高性能化を
同時に実現できる電極触媒の開発が必要とされている。
媒上での触媒反応に伴って生じるＰｔの損失は、電池内
の全エネルギー損失の約７０％を占める等、カソード電
極触媒は上述した問題点の全ての側面において重要な要
素であり、大幅なＰｔ使用量の低減と格段の高性能化を
同時に実現できる電極触媒の開発が必要とされている。
【０００４】従来のカソード電極触媒には、ナノ粒子化
されたＰｔをカーボン粉末に担持したＰｔ触媒が使用さ
れており、燃料電池は、このＰｔ触媒を図１のように電
解質に塗布した構造をとっている。酸化剤として投与さ
れた酸素が電解質側のプロトンにより還元される反応
（下式）は、図１に示されるような触媒相・電解質相・
気相の３相界面で起こる。
されたＰｔをカーボン粉末に担持したＰｔ触媒が使用さ
れており、燃料電池は、このＰｔ触媒を図１のように電
解質に塗布した構造をとっている。酸化剤として投与さ
れた酸素が電解質側のプロトンにより還元される反応
（下式）は、図１に示されるような触媒相・電解質相・
気相の３相界面で起こる。
【０００５】Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ
上述したＰｔを使用するカソード電極触媒上での触媒反
応に伴って生じるＰｔの損失は、この触媒反応の速度が
遅ければ遅いほど大きくなる。すなわち、高性能なカソ
ード電極触媒の開発とは、上述の触媒反応の速度を速め
ることができるような触媒を意味し、それらを高活性と
表現する。
応に伴って生じるＰｔの損失は、この触媒反応の速度が
遅ければ遅いほど大きくなる。すなわち、高性能なカソ
ード電極触媒の開発とは、上述の触媒反応の速度を速め
ることができるような触媒を意味し、それらを高活性と
表現する。
【０００６】従来から低Ｐｔ使用・高活性触媒の開発に
向けた多くの研究がなされていた。その結果、Ｐｔ以上
の高活性を示し、Ｐｔ使用量を削減する１つの手段とし
て、Ｐｔ系合金触媒が発見された。これまでに発見され
ている代表的なＰｔ系合金触媒として、Ｐｔ−Ｆｅ、Ｐ
ｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉが挙げられる。
向けた多くの研究がなされていた。その結果、Ｐｔ以上
の高活性を示し、Ｐｔ使用量を削減する１つの手段とし
て、Ｐｔ系合金触媒が発見された。これまでに発見され
ている代表的なＰｔ系合金触媒として、Ｐｔ−Ｆｅ、Ｐ
ｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉが挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらのＰｔ系合金触
媒は、確かに高活性を示すが、Ｐｔ使用量削減という問
題に対して、未だ充分とは言えず、大幅の高活性化と低
Ｐｔ使用を同時に達成するＰｔ系合金触媒の開発が求め
られている。本発明者は、斯かる従来の問題点を解決す
るために固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒につ
いて種々研究の結果、触媒中のＰｔ原子間距離の短縮、
触媒中のＰｔに対するｄ電子数（原子のｄ軌道を占有す
る電子数）の減少が、カソード側反応において重要とな
る酸素の解離性を向上させ、触媒性能の格段の向上をも
たらす可能性があることを見出した。
媒は、確かに高活性を示すが、Ｐｔ使用量削減という問
題に対して、未だ充分とは言えず、大幅の高活性化と低
Ｐｔ使用を同時に達成するＰｔ系合金触媒の開発が求め
られている。本発明者は、斯かる従来の問題点を解決す
るために固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒につ
いて種々研究の結果、触媒中のＰｔ原子間距離の短縮、
触媒中のＰｔに対するｄ電子数（原子のｄ軌道を占有す
る電子数）の減少が、カソード側反応において重要とな
る酸素の解離性を向上させ、触媒性能の格段の向上をも
たらす可能性があることを見出した。
【０００８】そこで、本発明では、これらの知得に基づ
いて触媒開発を進め、Ｐｔ-Ｃｕ系合金触媒が従来のＰ
ｔ触媒および合金触媒と比して大幅な低Ｐｔ使用・高性
能をもたらすことを実証し、本発明を完成させるに至っ
た。本発明は斯かる知得に基づいて為されたもので、そ
の目的は、Ｐｔ使用量を大幅に低減するとともに従来に
比し著しい高活性を実現できる固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒およびこれを用いた固体高分子形燃料
電池を提供することにある。
いて触媒開発を進め、Ｐｔ-Ｃｕ系合金触媒が従来のＰ
ｔ触媒および合金触媒と比して大幅な低Ｐｔ使用・高性
能をもたらすことを実証し、本発明を完成させるに至っ
た。本発明は斯かる知得に基づいて為されたもので、そ
の目的は、Ｐｔ使用量を大幅に低減するとともに従来に
比し著しい高活性を実現できる固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒およびこれを用いた固体高分子形燃料
電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
Ｐｔ−Ｃｕ系合金を導電性カーボンに担持して成ること
を特徴とする。請求項２に係る発明は、請求項１記載の
固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒において、Ｐ
ｔ−Ｃｕ系合金は、組成比としては原子数比でＰｔ含有
量が２０〜４０％であることを特徴とする。請求項３に
係る発明は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池用カ
ソード電極触媒において、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組成比
としては原子数比でＰｔ：Ｃｕ＝３：７のＰｔ−Ｃｕ合
金であることを特徴とする。
Ｐｔ−Ｃｕ系合金を導電性カーボンに担持して成ること
を特徴とする。請求項２に係る発明は、請求項１記載の
固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒において、Ｐ
ｔ−Ｃｕ系合金は、組成比としては原子数比でＰｔ含有
量が２０〜４０％であることを特徴とする。請求項３に
係る発明は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池用カ
ソード電極触媒において、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組成比
としては原子数比でＰｔ：Ｃｕ＝３：７のＰｔ−Ｃｕ合
金であることを特徴とする。
【００１０】請求項４に係る発明は、請求項１記載の固
体高分子形燃料電池用カソード電極触媒において、Ｐｔ
−Ｃｕ系合金は、高周波スパッタリングによって導電性
カーボンに担持されていることを特徴とする。請求項５
に係る発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項記
載の固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒を備えた
ことを特徴とする。
体高分子形燃料電池用カソード電極触媒において、Ｐｔ
−Ｃｕ系合金は、高周波スパッタリングによって導電性
カーボンに担持されていることを特徴とする。請求項５
に係る発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項記
載の固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒を備えた
ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を説明
する。本実施形態では、Ｐｔ-Ｃｕ系合金触媒としてＰ
ｔ-Ｃｕ合金を用い、比較のため従来の高活性触媒であ
るＰｔ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉ合金を用いた。
なお、本実施形態では、合金触媒の作製方法としては、
高周波スパッタリング装置を利用した高周波スパッタリ
ング方法を採用した。本実施形態に用いる高周波スパッ
タリング装置の概要を図２に示す。
する。本実施形態では、Ｐｔ-Ｃｕ系合金触媒としてＰ
ｔ-Ｃｕ合金を用い、比較のため従来の高活性触媒であ
るＰｔ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉ合金を用いた。
なお、本実施形態では、合金触媒の作製方法としては、
高周波スパッタリング装置を利用した高周波スパッタリ
ング方法を採用した。本実施形態に用いる高周波スパッ
タリング装置の概要を図２に示す。
【００１２】片方の電極１にスパッタリングのターゲッ
ト２を、他方の電極３に基板となる導電性のカーボンシ
ート（厚さ０．１ｍｍ、大きさ１５×１５ｍｍ）４を配
置する。ターゲット２としては、図３に示すように、直
径４９ｍｍのＰｔ板５に、本実施形態において作製する
合金に対応したＣｕチップ、Ｆｅチップ、Ｃｏチップ、
Ｎｉチップ等の卑金属チップから成るターゲット材６を
配置したものを利用した。
ト２を、他方の電極３に基板となる導電性のカーボンシ
ート（厚さ０．１ｍｍ、大きさ１５×１５ｍｍ）４を配
置する。ターゲット２としては、図３に示すように、直
径４９ｍｍのＰｔ板５に、本実施形態において作製する
合金に対応したＣｕチップ、Ｆｅチップ、Ｃｏチップ、
Ｎｉチップ等の卑金属チップから成るターゲット材６を
配置したものを利用した。
【００１３】次に、合金触媒の作製方法について説明す
る。先ず、図３に示すように、電極１，３を配置する。
次に、電極１，３が配置されたチャンバー７内を０．０
０１〜０．０１ｔｏｒｒ程度まで減圧し、さらにＡｒガ
スを１．５ｃｍ3／ｍｉｎ（標準状態で換算）流入す
る。
る。先ず、図３に示すように、電極１，３を配置する。
次に、電極１，３が配置されたチャンバー７内を０．０
０１〜０．０１ｔｏｒｒ程度まで減圧し、さらにＡｒガ
スを１．５ｃｍ3／ｍｉｎ（標準状態で換算）流入す
る。
【００１４】次に、このような雰囲気下で、電極１，３
間に高周波高電圧を印加し、電極１，３間にグロー放電
を発生させる。これにより、イオン化されたＡｒ+が陰
極となるターゲット２の表面原子を叩き出し、叩き出さ
れた原子が基板側のカーボンシート４に蒸着する。その
結果、カーボンシート４に合金触媒が担持される。な
お、スパッタリング時間は１〜２時間であり、厚さ１０
０〜１０００ｎｍ程度の所望の合金薄膜が合成される
（触媒反応に対しては表面近傍数原子層のみが反応に関
与することが知られており、この厚さはそれ程重要な因
子とはならない）。
間に高周波高電圧を印加し、電極１，３間にグロー放電
を発生させる。これにより、イオン化されたＡｒ+が陰
極となるターゲット２の表面原子を叩き出し、叩き出さ
れた原子が基板側のカーボンシート４に蒸着する。その
結果、カーボンシート４に合金触媒が担持される。な
お、スパッタリング時間は１〜２時間であり、厚さ１０
０〜１０００ｎｍ程度の所望の合金薄膜が合成される
（触媒反応に対しては表面近傍数原子層のみが反応に関
与することが知られており、この厚さはそれ程重要な因
子とはならない）。
【００１５】以上の手順で合成された各種合金触媒を、
燃料電池電極触媒活性試験装置用に開発された半浸漬縦
型回転電極装置（北斗電工株式会社製ＨＲ４０１）によ
り試験した。この半浸漬縦型回転電極装置を図４に示
す。半浸漬縦型回転電極装置１０の基本構成は、電極特
性を調べる基本的な実験法である半電池法と同様である
［藤嶋昭，相澤益男，井上徹，電気化学測定法，技術堂
出版株式会社，ｐｐ．７］。
燃料電池電極触媒活性試験装置用に開発された半浸漬縦
型回転電極装置（北斗電工株式会社製ＨＲ４０１）によ
り試験した。この半浸漬縦型回転電極装置を図４に示
す。半浸漬縦型回転電極装置１０の基本構成は、電極特
性を調べる基本的な実験法である半電池法と同様である
［藤嶋昭，相澤益男，井上徹，電気化学測定法，技術堂
出版株式会社，ｐｐ．７］。
【００１６】半浸漬縦型回転電極装置１０は、合金触媒
を担持した電極１１と対極１２とを内部に取り付けるこ
とができる電解槽１３と、合金触媒を担持した電極１１
を取り付ける回転軸１４と、この回転軸１４を所定の回
転数で回転させるモーター１５と、電解槽１３に取り付
けられ純酸素を導入する入口１６および純酸素を導出す
る出口１７と、電解槽１３の外部に設けられ電解槽１３
と連絡される銀・塩化銀電極から成る参照電極１８と、
ポテンショスタット１９とで構成されている。
を担持した電極１１と対極１２とを内部に取り付けるこ
とができる電解槽１３と、合金触媒を担持した電極１１
を取り付ける回転軸１４と、この回転軸１４を所定の回
転数で回転させるモーター１５と、電解槽１３に取り付
けられ純酸素を導入する入口１６および純酸素を導出す
る出口１７と、電解槽１３の外部に設けられ電解槽１３
と連絡される銀・塩化銀電極から成る参照電極１８と、
ポテンショスタット１９とで構成されている。
【００１７】ここで、対極１２とは、注目する電極（こ
こでは合金触媒を担持した電極１１）での触媒反応に必
要なイオンおよび電子を、反応特性を損なうことなく提
供するために存在するものであり，通常通り対極１２に
は白金黒電極を使用している。合金触媒を担持した電極
１１、対極１２および参照電極１８は、ポテンショスタ
ット１９につなげられており、このポテンショスタット
１９により、合金触媒を担持した電極１１と参照電極１
８との間の電位差を制御しつつ、合金触媒を担持した電
極１１と対極１２との間に流れる反応電流を測定するこ
とになる。
こでは合金触媒を担持した電極１１）での触媒反応に必
要なイオンおよび電子を、反応特性を損なうことなく提
供するために存在するものであり，通常通り対極１２に
は白金黒電極を使用している。合金触媒を担持した電極
１１、対極１２および参照電極１８は、ポテンショスタ
ット１９につなげられており、このポテンショスタット
１９により、合金触媒を担持した電極１１と参照電極１
８との間の電位差を制御しつつ、合金触媒を担持した電
極１１と対極１２との間に流れる反応電流を測定するこ
とになる。
【００１８】次に、具体的に半浸漬縦型回転電極装置１
０を用いた試験方法について説明する。先ず、電解槽１
３に電解質として０．１ｍｏｌ／リットルＨ2ＳＯ4溶液
８５ｍｌを入れる。合金触媒を担持した電極１１は、合
金触媒が半分浸漬される程度に浸される。
０を用いた試験方法について説明する。先ず、電解槽１
３に電解質として０．１ｍｏｌ／リットルＨ2ＳＯ4溶液
８５ｍｌを入れる。合金触媒を担持した電極１１は、合
金触媒が半分浸漬される程度に浸される。
【００１９】次に、電解槽１３の入口１６から気相側に
純酸素１ａｔｍを１．０リットル／ｍｉｎで流入する。
次に、回転軸１４をモーター１５からの指令により３．
０ｒｐｍ程度で回転する。この回転により、反応律速の
場を構成し、参照電極１８に対する電極電位を制御しつ
つ反応速度を測定する。
純酸素１ａｔｍを１．０リットル／ｍｉｎで流入する。
次に、回転軸１４をモーター１５からの指令により３．
０ｒｐｍ程度で回転する。この回転により、反応律速の
場を構成し、参照電極１８に対する電極電位を制御しつ
つ反応速度を測定する。
【００２０】このような試験において反応速度は、燃料
電池の作動時に相当する、合金触媒を担持した電極１１
の電位が参照電極１８に対して０．７５Ｖ（ｖ．ｓ．標
準水素電極）程度の状態での反応電流量を用いて評価さ
れるのが慣例であるため、本実施形態においてもそのよ
うな指標で触媒の活性を評価した[Takako Toda, Hirosh
i Igarashi, and Masahiro Watanabe,Role of Electron
ic Property of Pt and Pt Alloys on Electrocatalyti
cReduction of Oxygen, Journal of the Electrochemic
al Society, vol. 145(1998), pp. 4185-4188]。」 合金触媒性状の評価としては、触媒組成に焦点を当て
た。組成分析法としては、下記の２種類の方法を利用し
た。
電池の作動時に相当する、合金触媒を担持した電極１１
の電位が参照電極１８に対して０．７５Ｖ（ｖ．ｓ．標
準水素電極）程度の状態での反応電流量を用いて評価さ
れるのが慣例であるため、本実施形態においてもそのよ
うな指標で触媒の活性を評価した[Takako Toda, Hirosh
i Igarashi, and Masahiro Watanabe,Role of Electron
ic Property of Pt and Pt Alloys on Electrocatalyti
cReduction of Oxygen, Journal of the Electrochemic
al Society, vol. 145(1998), pp. 4185-4188]。」 合金触媒性状の評価としては、触媒組成に焦点を当て
た。組成分析法としては、下記の２種類の方法を利用し
た。
【００２１】まず、合金のバルクな組成を定量的に分析
する方法としては、定量性に優れるＩＣＰ発光分析装置
を利用した。この手法では、作製した合金触媒を王水に
溶かし、その溶液を分析にかける。測定原理としては、
溶液をアルゴンプラズマ雰囲気下でイオン化し、その際
に放出される溶存金属の発光強度を測定することによ
り、溶液内における金属濃度が定量的に分析されること
になる。
する方法としては、定量性に優れるＩＣＰ発光分析装置
を利用した。この手法では、作製した合金触媒を王水に
溶かし、その溶液を分析にかける。測定原理としては、
溶液をアルゴンプラズマ雰囲気下でイオン化し、その際
に放出される溶存金属の発光強度を測定することによ
り、溶液内における金属濃度が定量的に分析されること
になる。
【００２２】もう１つの組成分析方法としては、エネル
ギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を利用した。これ
は、主に合金触媒の面内組成の均一性を評価するために
用いた。ＥＤＸは、定量性には優れないが、簡易的な非
破壊分析法であり、面内均一性を評価するのには都合の
良い方法である。合金触媒試料としてはカーボンシート
上に一様な組成で合金膜が作製されている状態が望まし
い。ＥＤＸによる面内組成の均一性に関する評価によ
り、面内組成は原子比率±７％の範囲内で均一となって
いることが確認された。
ギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を利用した。これ
は、主に合金触媒の面内組成の均一性を評価するために
用いた。ＥＤＸは、定量性には優れないが、簡易的な非
破壊分析法であり、面内均一性を評価するのには都合の
良い方法である。合金触媒試料としてはカーボンシート
上に一様な組成で合金膜が作製されている状態が望まし
い。ＥＤＸによる面内組成の均一性に関する評価によ
り、面内組成は原子比率±７％の範囲内で均一となって
いることが確認された。
【００２３】図５に半浸漬縦型回転電極装置１０による
合金触媒の活性試験結果を示す。横軸はＩＣＰ発光分析
装置による合金触媒試料のＰt含有量（原子比率）を表
し、縦軸は上述した半浸漬縦型回転電極装置１０により
測定された０．７５Ｖ（ｖ．ｓ．標準水素電極電位）で
の反応電流量〔ｍＡ〕を表している。図５から明らかな
ように、本実施形態に係るＰｔ−Ｃｕ合金触媒は、従来
のＰｔ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉ合金触媒以上の
高活性を示すことが確認できた。
合金触媒の活性試験結果を示す。横軸はＩＣＰ発光分析
装置による合金触媒試料のＰt含有量（原子比率）を表
し、縦軸は上述した半浸漬縦型回転電極装置１０により
測定された０．７５Ｖ（ｖ．ｓ．標準水素電極電位）で
の反応電流量〔ｍＡ〕を表している。図５から明らかな
ように、本実施形態に係るＰｔ−Ｃｕ合金触媒は、従来
のＰｔ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉ合金触媒以上の
高活性を示すことが確認できた。
【００２４】すなわち、本実施形態に係るＰｔ−Ｃｕ合
金触媒は、Ｐｔ含有量が原子含有比で換算して（組成分
析の誤差も考慮すると）、２０〜４０％程度という著し
い低Ｐｔ含有量において、従来の合金触媒よりも高活性
を示している様子が現れている。このような観点から、
本実施形態に係るＰｔ−Ｃｕ合金触媒は、低Ｐｔ使用・
高活性の同時達成という観点において、従来の合金触媒
以上の性能を持ったカソード電極触媒であることが証明
された。
金触媒は、Ｐｔ含有量が原子含有比で換算して（組成分
析の誤差も考慮すると）、２０〜４０％程度という著し
い低Ｐｔ含有量において、従来の合金触媒よりも高活性
を示している様子が現れている。このような観点から、
本実施形態に係るＰｔ−Ｃｕ合金触媒は、低Ｐｔ使用・
高活性の同時達成という観点において、従来の合金触媒
以上の性能を持ったカソード電極触媒であることが証明
された。
【００２５】なお、上記実施形態では、Ｐｔ−Ｃｕ系合
金触媒として、Ｐｔ−Ｃｕ合金触媒について説明した
が、本発明はこれに限らず、上述したように、本発明者
の知得に基づくｄ電子数を少なくする効果をＰｔにもた
らした場合、性能が良くなる可能性が当然に期待でき、
Ｐｔ原子間距離およびｄ電子数を同時に低減することが
期待されるＰｔ−Ｃｕ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｕ−Ｃｏ、Ｐｔ
−Ｃｕ−Ｎｉ合金触媒等のＰｔ−Ｃｕ系合金触媒を用い
ても、Ｐｔ−Ｃｕ合金触媒と同等またはそれ以上の高活
性をもたらす可能性も期待される。
金触媒として、Ｐｔ−Ｃｕ合金触媒について説明した
が、本発明はこれに限らず、上述したように、本発明者
の知得に基づくｄ電子数を少なくする効果をＰｔにもた
らした場合、性能が良くなる可能性が当然に期待でき、
Ｐｔ原子間距離およびｄ電子数を同時に低減することが
期待されるＰｔ−Ｃｕ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｕ−Ｃｏ、Ｐｔ
−Ｃｕ−Ｎｉ合金触媒等のＰｔ−Ｃｕ系合金触媒を用い
ても、Ｐｔ−Ｃｕ合金触媒と同等またはそれ以上の高活
性をもたらす可能性も期待される。
【００２６】また、上記実施形態では、Ｐｔ−Ｃｕ系合
金触媒を高周波スパッタリングにより形成する場合につ
いて説明したが、本発明では、これに限らず、基板上に
Ｐｔ−Ｃｕ系合金触媒を形成することができれば、如何
なる手段であっても良い。また、上記実施形態に係るＰ
ｔ−Ｃｕ系合金触媒を用いた固体高分子形燃料電池で
は、従来の固体高分子形燃料電池に比しＰｔ使用量の低
減と高活性化を同時に達成することが可能となる。
金触媒を高周波スパッタリングにより形成する場合につ
いて説明したが、本発明では、これに限らず、基板上に
Ｐｔ−Ｃｕ系合金触媒を形成することができれば、如何
なる手段であっても良い。また、上記実施形態に係るＰ
ｔ−Ｃｕ系合金触媒を用いた固体高分子形燃料電池で
は、従来の固体高分子形燃料電池に比しＰｔ使用量の低
減と高活性化を同時に達成することが可能となる。
【００２７】ここで、固体高分子形燃料電池としては、
本発明に係るカソード触媒電極をカソード側に設ける形
式のものであれば良く、特定の組合せを要するものでは
なく、アノードおよび電解質膜などの構成は任意であ
る。
本発明に係るカソード触媒電極をカソード側に設ける形
式のものであれば良く、特定の組合せを要するものでは
なく、アノードおよび電解質膜などの構成は任意であ
る。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、純ＰｔやＰｔ−Ｆｅ、
Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉ等のＰｔ合金合金触媒と比して
著しいＰｔ使用量低減と高活性化を実現することができ
る固体高分子形燃料電池用カソード触媒およびこれを用
いた固体高分子形燃料電池を得ることが可能となる。特
に、組成比として原子数比でＰｔ含有量が２０〜４０％
で最も高い活性を示し、純Ｐｔや従来の合金触媒に比し
て著しいＰｔ使用量低減と高活性化を実現することが可
能となった。
Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｎｉ等のＰｔ合金合金触媒と比して
著しいＰｔ使用量低減と高活性化を実現することができ
る固体高分子形燃料電池用カソード触媒およびこれを用
いた固体高分子形燃料電池を得ることが可能となる。特
に、組成比として原子数比でＰｔ含有量が２０〜４０％
で最も高い活性を示し、純Ｐｔや従来の合金触媒に比し
て著しいＰｔ使用量低減と高活性化を実現することが可
能となった。
【図１】カソード電極触媒の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態において用いられる高周波
スパッタリング装置の概要図である。
スパッタリング装置の概要図である。
【図３】図３の高周波スパッタリング装置に用いられる
ターゲットの模式図である。
ターゲットの模式図である。
【図４】本発明の一実施形態において用いられる半浸漬
縦型回転電極装置の模式図である。
縦型回転電極装置の模式図である。
【図５】合金触媒の性能試験結果を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｐｔ−Ｃｕ系合金を導電性カーボンに担
持して成ることを特徴とする固体高分子形燃料電池用カ
ソード電極触媒。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒において、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組成
比としては原子数比でＰｔ含有量が２０〜４０％である
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池用カソード電極
触媒。 - 【請求項３】 請求項１記載の固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒において、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、組成
比としては原子数比でＰｔ：Ｃｕ＝３：７のＰｔ−Ｃｕ
合金であることを特徴とする固体高分子形燃料電池用カ
ソード電極触媒。 - 【請求項４】 請求項１記載の固体高分子形燃料電池用
カソード電極触媒において、Ｐｔ−Ｃｕ系合金は、高周
波スパッタリングによって導電性カーボンに担持されて
いることを特徴とする固体高分子形燃料電池用カソード
電極触媒。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の何れか１項記
載の固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒を備えた
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002141103A JP2003331855A (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | 固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒および固体高分子形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002141103A JP2003331855A (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | 固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒および固体高分子形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003331855A true JP2003331855A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29701786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002141103A Pending JP2003331855A (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | 固体高分子形燃料電池用カソード電極触媒および固体高分子形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003331855A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007090157A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 燃料電池用カソード電極触媒及びこれを用いた燃料電池 |
| JP2009520880A (ja) * | 2005-12-23 | 2009-05-28 | ターレスナノ ズィーアールティー． | 高い異なる圧力差を有する電気化学セル用電極、かかる電極の製造方法、及びかかる電極を使用する電気化学セル |
| US7700521B2 (en) | 2003-08-18 | 2010-04-20 | Symyx Solutions, Inc. | Platinum-copper fuel cell catalyst |
| US7811965B2 (en) | 2004-08-18 | 2010-10-12 | Symyx Solutions, Inc. | Platinum-copper-nickel fuel cell catalyst |
| CN102139219A (zh) * | 2011-01-27 | 2011-08-03 | 南京大学 | 一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法 |
| WO2015093862A1 (ko) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 코닝정밀소재 주식회사 | 연료전지 전극용 분말, 연료전지 및 그 제조방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08509094A (ja) * | 1993-04-20 | 1996-09-24 | ジョンソン マッセイ パブリック リミティド カンパニー | 白金合金又は導電性担体を含む電極触媒材料 |
| JPH1069914A (ja) * | 1996-08-26 | 1998-03-10 | N E Chemcat Corp | 空格子点型格子欠陥を有するカーボン担持白金スケルトン合金電極触媒 |
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| JP2001325964A (ja) * | 2000-05-19 | 2001-11-22 | Ne Chemcat Corp | 固体高分子電解質型燃料電池用電極触媒 |
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-
2002
- 2002-05-16 JP JP2002141103A patent/JP2003331855A/ja active Pending
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