JP2009140864A - 燃料電池用触媒層、膜電極接合体、燃料電池および燃料電池用触媒層の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池用触媒層であって、
高分子電解質と、
樹枝状形状を有する触媒構造体と、
からなり、
前記樹枝状形状を有する触媒構造体が白金と白金以外の金属からなり、
前記樹枝状形状を有する触媒構造体における表面の白金組成比が前記樹枝状形状を有する触媒構造体全体の白金組成比よりも高いことを特徴とする燃料電池用触媒層。
【選択図】 図1
Description
燃料電池用触媒層であって、
高分子電解質と、
樹枝状形状を有する触媒構造体と、
からなり、
前記樹枝状形状を有する触媒構造体が白金と白金以外の金属とを含有し、
前記樹枝状形状を有する触媒構造体における表面の白金組成比が前記樹枝状形状を有する触媒構造体全体の白金組成比よりも高いことを特徴とする燃料電池用触媒層である。
また、別の本発明は、
前記燃料電池用触媒層を有する膜電極接合体である。
また、別の本発明は、
前記燃料電池用触媒層を有する燃料電池である。
また、別の本発明は、
燃料電池用触媒層の製造方法であって、
白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する工程と、
前記第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る工程と、
前記第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属の少なくとも一部を白金に置換して触媒構造体からなる層を得る工程と、
前記触媒構造体の表面に高分子電解質を付与して触媒層を得る工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用触媒層の製造方法である。
また、別の本発明は、
燃料電池用触媒層の製造方法であって、
白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する工程と、
前記第1の触媒前駆体層に高分子電解質を付与する工程と、
前記第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る工程と、
前記第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換して触媒層を得る工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用触媒層の製造方法である。
(i)白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する工程と、
(ii)前記第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る工程と、
(iii)前記第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換して触媒構造体からなる層を得る工程と、
(iv)前記触媒構造体に高分子電解質を付与して触媒層を得る工程と、
を有する。
(i)の工程では、白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する。第1の触媒前駆体層を形成する方法としては気相法が好ましく、酸素と、白金と、白金以外の金属とを反応させる気相法であることが好ましい。このような気相法としては、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着(EB蒸着)等が挙げられるが、これらの中でもスパッタ法を用いることが好ましい。
(ii)の工程では、第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る。
(iii)の工程では、(ii)の工程で得られた第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換して触媒構造体からなる層を得る。
(iv)の工程では、(iii)の工程で得られた触媒構造体からなる層の表面に高分子電解質を付与して触媒層を得る。
(I)白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する工程と、
(II)前記第1の触媒前駆体層の高分子電解質を付与する工程と、
(III)前記第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る工程と、
(IV)前記第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換して触媒層を得る工程と、
を有する。
本実施例では、白金とコバルトからなり樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成した後に、高分子電解質を塗布し、第1の触媒前駆体層を第2の触媒前駆体層に還元し、第2の触媒前駆体層を白金塩が溶解した溶液に浸漬して第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換して触媒層を得た。また、得られた触媒層を用いて膜電極接合体および燃料電池セルを作製した。
比較例1は、実施例1における白金とコバルトを白金に置き換えてスパッタすることによって厚さ約2000nmの第1の触媒前駆体層を形成したこと、および10mmol/Lのヘキサクロロ白金(IV)酸カリウムを溶解した溶液に第2の触媒前駆体層を含浸させなかったこと以外は実施例1と同様にして触媒層、膜電極接合体および燃料電池セルを作製した。
本実施例では、白金とコバルトからなり樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成した後に、第1の触媒前駆体層を第2の触媒前駆体層に還元し、第2の触媒前駆体層を白金塩が溶解した溶液に浸漬して第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換し、高分子電解質を塗布して触媒層を得た。また、得られた触媒層を用いて膜電極接合体および燃料電池セルを作製した。
比較例2は、実施例2における白金とコバルトを白金に置き換えてスパッタすることによって厚さ約2000nmの第1の触媒前駆体層を形成したこと、および10mmol/Lのヘキサクロロ白金(IV)酸カリウムを溶解した溶液に第2の触媒前駆体層を含浸させなかったこと以外は実施例2と同様にして触媒層、膜電極接合体および燃料電池セルを作製した。
12 樹枝状形状を有する触媒構造体
13 固体高分子電解質膜
14 高分子電解質
15 触媒層
16 白金微粒子
17 白金以外の金属からなる微粒子
51 固体高分子電解質膜
52 アノード触媒層
53 カソード触媒層
54 アノード側集電体
55 カソード側集電体
56 外部出力端子
57 燃料導入ライン
58 燃料排出ライン
59 アノード側拡散層
60 カソード側拡散層
61 膜電極接合体
Claims (6)
- 燃料電池用触媒層であって、
高分子電解質と、
樹枝状形状を有する触媒構造体と、
からなり、
前記樹枝状形状を有する触媒構造体が白金と白金以外の金属とを含有し、
前記樹枝状形状を有する触媒構造体における表面の白金組成比が前記樹枝状形状を有する触媒構造体全体の白金組成比よりも高いことを特徴とする燃料電池用触媒層。 - 前記白金以外の金属の一種が、コバルトであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用触媒層。
- 請求項1または2に記載の燃料電池用触媒層を有する膜電極接合体。
- 請求項1または2に記載の燃料電池用触媒層を有する燃料電池。
- 燃料電池用触媒層の製造方法であって、
白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する工程と、
前記第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る工程と、
前記第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属の少なくとも一部を白金に置換して触媒構造体からなる層を得る工程と、
前記触媒構造体の表面に高分子電解質を付与して触媒層を得る工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用触媒層の製造方法。 - 燃料電池用触媒層の製造方法であって、
白金と白金以外の金属と酸素とを少なくとも含有し樹枝状形状を有する第1の触媒前駆体層を形成する工程と、
前記第1の触媒前駆体層に高分子電解質を付与する工程と、
前記第1の触媒前駆体層を還元して第2の触媒前駆体層を得る工程と、
前記第2の触媒前駆体層の表面に存在する白金以外の金属を白金に置換して触媒層を得る工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用触媒層の製造方法。
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