JP2006313706A - 電極及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の電極は、静電噴霧法によって処理された電極触媒を有することを特徴とする。本発明の電極は、直接アルコール形燃料電池におけるアノードや、アルコールの電気分解におけるカソードとして特に好適に用いられる。電極触媒は、ガス拡散電極に付着している。電極触媒は、電極触媒を含む噴霧液を静電噴霧法によってガス拡散電極に直接噴霧して該ガス拡散電極に付着させたものであることが好ましい。
【選択図】 図1
Description
アノード:H2O→1/2O2+2H++2e- (E0=1.23V)
カソード:2H++2e-→H2 (E0=0.00V)
全反応: H2O→1/2O2+H2 理論電解電圧=1.23V
で表わされる。一方、アルコールの電解酸化を利用して、水素製造を行うことができる。アルコールとしては一般にメタノールやエタノールなどの低級アルコールが用いられる。酸性溶液中の電気分解反応は、
アノード:CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- (E0=0.03V)
カソード:6H++6e-→3H2 (E0=0.00V)
全反応: CH3OH+H2O→CO2+3H2 理論電解電圧=0.03V
で表わされ、極めて少ない理論消費電力で水素を製造することができる。
ESD法が施された電極触媒が、ESD法を施していない電極触媒に比較して、メタノールの酸化に対する過電圧が低くなることを確認する目的で、以下の実験を行った。
実施例1と同様にして、ESD法が施された電極触媒(本発明品)を金電極の表面に付着させた。触媒の担持量は各面で1.0mg/cm2(実施例2)及び2.0mg/cm2(実施例3)とした。また、比較例1と同様にして、従来の電極触媒(比較品)を金電極の表面に施した。1.0mg/cm2(比較例2)び2.0mg/cm2(比較例3)とした。これらの電極について、実施例1と同様にしてサイクリック・ボルタンメトリ測定を行った。そして、電位が−200mV(vs Ag/Ag2SO4)での電流値を測定した。これらの結果を縦軸にとり、横軸に触媒の担持量をとってプロットしたものを図3に示す。なお、図3においては、実施例1及び比較例1の結果も併せてプロットされている。
実施例1と同じ噴霧液(触媒分散液)を、実施例1と同じESD法により、カーボンペーパー(東レ製)の中央部2.2cm×2.2cmの領域に、乾燥後の触媒担持量が2.0mg/cm2となるように塗工した。次いで140℃で30分間真空乾燥した。Nafion117電解質膜を、触媒が塗工されたカーボンペーパー二枚で挟持してMEAを作製した。このMEAを単セル(ケミックス社製PEFC S−S−J)に組み込み、実施例4のセルとした。一方、電極触媒の付着に、ESDに代えてエアースプレー(TAMIYA社製, スプレーワークHGスーパーファインエアーブラシ)を用いた以外は実施例4と同様にして単セルを形成し、比較例4のセルとした。アノードに2Mメタノール水溶液を、カソードにチッ素ガスを供給し、外部電源により常温において80mA/cm2の定電流電解を行った。このときの実施例4の電解セル電圧は0.68Vであり、カソードからガスの発生が得られた。カソードから発生したガスをガスクロマトグラフィーで分析したところほぼ純粋な水素であることが分かった。比較例4のセルに関しては、カソードから水素ガスの発生を得たが、セル電圧は0.79Vと実施例4と比較して大きな過電圧を要した。
実施例4及び比較例4と同じ単セルのアノードに2Mメタノール水溶液を、カソードに酸素ガスを供給して、各々実施例5及び比較例5として直接アルコール形燃料電池の発電特性を測定した。前者の実施例5については,開路電圧は0.77Vで、0.5Vのときの電流密度145mA/cm2であった。一方、比較例5については、開路電圧は0.70Vで、0.5Vのときの電流密度80mA/cm2であり、実施例5の出力特性がまさっていた。
Du Pont社製のNafion 117(登録商標)を電解質膜として用いた。この電解質膜を、1規定硫酸水溶液中で1時間煮沸した後、純水中で1時間煮沸処理し導電性を付与した。4cm角に切り出した電解質膜の両面中央部における2.2cm×2.2cmの領域に、ESD法によって電極触媒を付着させた。噴霧液は実施例1と同様のものを用いた。ESD法の条件は実施例1と同様とした。但し電極触媒の付着量は1mg/cm2とした。
電極触媒の付着に、ESDに代えてエアースプレー(TAMIYA社製, スプレーワークHGスーパーファインエアーブラシ)を用いた以外は、実施例6と同様にしてMEAを作製した。その後は実施例6と同様にしてメタノールの定電流電解を行った。その結果、カソードから水素ガスの発生を得たが、セル電圧は0.8Vと実施例6と比較して大きな過電圧を要した。
11 台座
12 基板
13 ガス拡散電極
14 ノズル
Claims (10)
- 静電噴霧法によって処理された電極触媒を有することを特徴とする電極。
- 静電噴霧法によって処理された前記電極触媒が、ガス拡散電極に付着している請求項1記載の電極。
- 前記電極触媒が、電極触媒を含む噴霧液を静電噴霧法によって前記ガス拡散電極に直接噴霧して該ガス拡散電極に付着させたものである請求項2記載の電極。
- 前記電極触媒が、電極触媒を含む噴霧液を静電噴霧法によって回収用基板上に噴霧して該基板上に付着させたものであり、
該基板上に付着した該電極触媒を回収して、回収された該電極触媒がガス拡散電極に塗着されている請求項2記載の電極。 - 直接アルコール形燃料電池におけるアノードとして用いられる請求項1ないし4の何れかに記載の電極。
- アルコールの電気分解におけるカソードとして用いられる請求項1ないし4の何れかに記載の電極。
- 電極触媒及び溶媒を含む噴霧液を静電噴霧法によってガス拡散電極に直接噴霧することを特徴とする電極の製造方法。
- 電極触媒及び溶媒を含む噴霧液を静電噴霧法によって回収用基板上に噴霧して、該基板上に該電極触媒を付着させ、付着した該電極触媒を回収してガス拡散電極に塗着することを特徴とする電極の製造方法。
- 静電噴霧法によって処理されたことを特徴とする電極触媒。
- 固体高分子電解質膜におけるイオン非伝導ドメインに対応する表面部位に比較して、該電解質膜におけるイオン伝導ドメインに対応する表面部位に、静電噴霧法によって処理された電極触媒が選択的に施されていることを特徴とする電気分解用膜電極接合体。
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