JP2012066225A - 触媒、膜電極複合体、燃料電池と触媒の製造方法。 - Google Patents
触媒、膜電極複合体、燃料電池と触媒の製造方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 実施形態の触媒は金属ワイヤー又は金属シートと、前記金属ワイヤー又は前記金属シート上に担持された窒化物、炭化物又は炭窒化物とを有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態に係る触媒は、例えば、図1の概念図に示すような金属ワイヤー1又は金属シート2とその上に担持された窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5を有することを特徴とする。窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5は下地である金属ワイヤー1又は金属シート2の影響を受け、単体と異なる原子配置、表面電子状態が得られ、本発明の実施形態にかかる触媒の高耐久性と高活性をもたらしたと考えられる。
(窒化物、炭化物又は炭窒化物)
本発明の実施形態に係る窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5は主触媒である。これらの表面に触媒の活性点が存在する。窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5の単体でも触媒活性を持つが、十分ではない。特に触媒の電極反応には電子の授受が必要であるが、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5の電気伝導性が不十分であるため、電極反応に十分に貢献できない活性サイトが多い。本発明の実施形態では炭化物4、窒化物3又は炭窒化物5の担持体として金属ワイヤー1又は金属シート2を導入する。そして、少なくとも一部の窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5は、金属ワイヤー1又は金属シート2と直接接していることを特徴とする。これによって、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5の表面に特異な原子配置、電子状態を形成し、本発明の実施形態に係る触媒の高活性と高耐久性をもたらしたと考えている。
ナノサイズの金属ワイヤー1又は金属シート2には粒子と異なる原子配置、電子状態を形成しやすいと報告されている。本発明の実施形態では、炭化物4、窒化物3、炭窒化物5の担持体として金属ワイヤー1又は金属シート2を導入する。金属ワイヤー1又は金属シート2は、助触媒として本発明の実施形態に係る触媒の高活性と高耐久性をもたらしたと考えている。また、触媒の活性点が燃料電池の電極反応に貢献するには触媒層15の導電パスに存在することは必須であり、金属ワイヤー1又は金属シート2の導電性は、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5より高いため、金属ワイヤー1又は金属シート2である担持体の導入によって本発明の実施形態に係る触媒層担持基板の活性点密度が大幅向上し、高燃料電池特性を齎したと考えられる。
金属ワイヤー1の平均直径又は金属シート2の平均厚さが10nmを超えると、触媒活性が低くなる場合がある。また、金属ワイヤー1の平均直径または金属シート2の平均厚さが0.2nm未満であると、触媒耐久性が低下する場合がある。金属ワイヤー1の平均直径または金属シート2の平均厚さは、より好ましくは0.2nm以上5nm以下である。
本発明の実施形態に係る金属ワイヤー1又は金属シート2は、Au,Ru,Pt,Pd,W,Mo,Ta,Nb,Zr,Ti,Cr,Ni及びCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含むことが望ましい。これら元素を助触媒に用いることで、高い活性と安定性が得られる。
なお、本発明の実施形態にかかる触媒層15には、無機酸化物粒子の存在を許容する。それにより触媒粒子の凝集/成長の抑制が高く、触媒利用効率や耐久性を向上させることができる。無機酸化物粒子は造孔処理後に残存の造孔材料によって形成することもできる。また、本発明の実施形態にかかる触媒は他の触媒と混合して使用することも可能であり、混合による相乗効果を期待できる。
この方法を本発明においては、スパッタ積層法と呼ぶ。
まず、基板11に金属ワイヤー1又は金属シート2の材料となる金属材料をスパッタもしくは蒸着し、金属材料層12を形成する(第1の工程)。次に、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5材料をスパッタ又は蒸着して、触媒材料層13を金属材料層12上に形成する(第2の工程)。その後、造孔材料をスパッタもしくは蒸着し、造孔材料層14を触媒材料層13上に形成する(第3の工程)(図3(A))。この第1から第3の3工程を順番に複数回繰り返して金属材料層12、触媒材料層13と造孔材料層14との積層体を形成する(積層工程)(図3(B)))。この後に、積層体を造孔処理し、金属材料層12、触媒材料層13と造孔材料層14の一部を溶解除去する(造孔処理工程)(図3(C))。金属材料層12と触媒材料層13に造孔処理工程が施されたものに、本発明の実施形態に係る触媒が含まれる。以下、造孔処理された積層体を触媒層15と記す。
試料のTEM像のコントラストから触媒と空隙を区別できるため、本発明の実施形態にかかる触媒を含む触媒層内の上部、中部、下部においてそれぞれ3箇所の断面(合計9視野)をTEM観察(200万倍)し、各視野に含まれた空隙と触媒層の合計面積をそれぞれ計測し、空隙の合計面積/触媒層の合計面積を求め、9視野の平均値を空隙率として用いる。
膜電極複合体(MEA)は、図4の概念図に示すように、アノード触媒層21、カソード触媒層23、及び前記アノード触媒層21とカソード触媒層23の間に介挿されたプロトン伝導性膜22を有する膜電極複合体である。そして、前記アノード触媒又は前記カソード触媒のいずれか一方は本発明の実施形態に係るいずれかの触媒を具備する。
燃料電池30は、プロトン電導性膜31、およびその膜31を挟んで2つの電極、すなわち、燃料が供給される燃料極(アノード)32と酸素が供給される空気極(カソード)33が配置されたものを基本構成とした膜電極接合体(MEA)38を具備する。アノード32は、拡散層34と、その上に積層されたアノード触媒層35とを含む。カソード33は、拡散層36と、その上に積層されたカソード触媒層37とを含む。アノード32とカソード33は、プロトン電導性膜31を介して、アノード触媒層35とカソード触媒層37とが対向するように積層される。
前記燃料電池は、定置用電源の他、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用電源などとして有用である。なかでも、製造コストが低減され、かつ、発電性能に優れることから、自動車などの移動体用電源として用いられるのが特に好ましい。
なお、本発明の実施形態に係る触媒は燃料電池のカソード触媒のほか、燃料電池のアノード触媒、光触媒、水分解触媒などとしても適用できる。
表面に厚さが5〜50μmの炭素層を持つカーボンペーパー(商品名Toray060)を基板11とし、金属材料ターゲット(複合ターゲットを含む)、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5ターゲット、造孔材料ターゲットをそれぞれ用い、スパッタリングを行い、触媒ローディング量が0.1mg/cm2の積層体を形成する。その後80℃において10重量%硫酸に積層体を入れ、2時間酸処理を行い、純水によって洗浄し、乾燥させ、触媒層担持基板を得る。表1に実施例1〜16の構成、金属材料層12と窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5を形成した際の平面相当厚さ、触媒組成(金属部分のみ)を示す。なお、造孔材料層14の厚さは200nmの平面相当厚さにする。触媒のローディング量は金属ワイヤーまたはシートと窒化物、炭化物または炭窒化物の単位面積あたりの合計重量(酸洗浄後)である。
金属材料層12、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5層の条件が実施例1〜20と異なる以外は、実施例と同様な方法によって触媒層担持基板を得る。表1に実施例1〜16の構成、金属材料層12と窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5を形成した際の平面相当厚さ、触媒組成(金属部分のみ)を示す。なお、造孔材料層14の厚さは200nmの平面相当厚さにする。
スパッタ法によってカーボンブラックにTaCNを担持させ、TaCN触媒を作製した。溶液法によってAuワイヤーを作製し、実施例1と同様な触媒組成になるように上記TaCN触媒と混合し、混合触媒を作製する。
市販のAuナノ粒子(平均直径10nm)を用いて実施例1と同様な触媒組成になるようにAu粒子にスパッタ法によってTaCNを担持させる。
透過電子顕微鏡(TEM)によって各実施例と比較例の触媒層15を評価する。実施例1〜20、比較例1、3,4の各触媒には、金属ワイヤー1又は金属シート2が存在し、厚さが表1にまとめた値であることをTEM画像から確認した。また、比較例5のAuのアスペクト比が2.5より小さいことをTEM観察により確認した。実施例1〜20の各触媒窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5は金属ワイヤー1又は金属シート2によって担持され、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5の少なくとも一部分は金属ワイヤー1又は金属シート2と直接接しており、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5のサイズが表1にまとめた値であることをTEM画像から確認した。図1、2は実施例4と実施例11の触媒層15横断TEM写真をそれぞれ示す。平均直径または平均厚さが0.2〜10nmである金属ワイヤー1と金属シート2をできる。また、各触媒の造孔処理後の組成を蛍光X線組成分析(XRF)によって分析し、その結果を表1にまとめた。造孔処理後の基板のX線回折分析(XRD)を行い、金属材料層12は殆ど結晶構造であり、窒化物3、炭化物4又は炭窒化物5は殆どアモルファス構造であることがわかった。
各電極を使用した膜電極複合体、燃料電池の製造方法の詳細は以下の通りである。
カソード電極、アノード電極それぞれを電極面積が10cm2になるよう、3.2×3.2cmの正方形に切り取り、カソード電極とアノード電極の間にプロトン伝導性固体高分子膜としてデュポン社製のナフィオン(登録商標)112を挟んで、125℃、10分、30kg/cm2の圧力で熱圧着して、膜電極複合体を作製する。
なお、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (11)
- 金属ワイヤー又は金属シートと、
前記金属ワイヤー又は金属シート上に担持された窒化物、炭化物又は炭窒化物とを有することを特徴とする触媒。 - 前記金属ワイヤーの長さと平均直径との比又は前記金属シートの長さと厚さとの比が、2.5以上であることを特徴とする請求項1に記載の触媒。
- 前記窒化物、炭化物又は炭窒化物の粒径が、0.2nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の触媒。
- 前記金属ワイヤー平均直径又は前記金属シートの厚さが、0.2nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の触媒。
- 前記金属ワイヤー又は前記金属シートは、Au,Ru,Pt,Pd,W,Mo,Ta,Nb,Zr,Ti,Cr,Ni及びCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の触媒。
- 前記窒化物、炭化物又は炭窒化物は、Ta,Nb,Zr,Ti,W,Mo,Ce,Hf, Sn,Al,Cu,Mn,La,Ba,Fe,Co及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の触媒。
- 前記窒化物、炭化物又は炭窒化物の少なくとも一部は、前記金属ワイヤー又は金属シートと直接接していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の触媒。
- アノード触媒層、カソード触媒層と、前記アノード触媒層とカソード触媒層の間に介挿されたプロトン伝導性膜を有し、
前記アノード触媒層又はカソード触媒層は請求項1乃至7のいずれかに記載の触媒を具備することを特徴とする膜電極複合体。 - 請求項8に記載の膜電極複合体を具備することを特徴とする燃料電池。
- 基板に金属をスパッタ又は蒸着し、金属材料層を形成する第1の工程と、
窒化物、炭化物又は炭窒化物材料をスパッタ又は蒸着し、触媒材料層を前記金属材料層上に形成する第2の工程と、
造孔材料をスパッタ又は蒸着し、造孔材料層を前記触媒材料層上に形成する第3の工程と、
前記第1から第3の工程を順番に複数回繰り返して前記金属材料層、前記触媒材料層と前記造孔材料層との積層体を形成する積層工程と、
前記積層工程の後に、前記積層体を造孔処理する造孔処理工程と、を具備することを特徴とする触媒の製造方法。 - 前記造孔処理は、酸洗浄、アルカリ洗浄又は電解法のいずれかであることを特徴とする請求項10に記載の触媒の製造方法。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000228186A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-08-15 | Wilson Greatbatch Ltd | 物理的に蒸着された電極部品およびその製法 |
JP2008513781A (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-01 | ナノシス・インク. | ナノ構造薄膜およびその使用 |
JP2008108594A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Yokohama National Univ | 電極活物質及びそれを用いた正極用酸素還元電極 |
JP2008229514A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Toshiba Corp | 触媒層担持基板の製造方法、膜電極複合体の製造方法、および燃料電池の製造方法 |
JP2009524567A (ja) * | 2005-11-21 | 2009-07-02 | ナノシス・インコーポレイテッド | 炭素を含むナノワイヤ構造 |
-
2010
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000228186A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-08-15 | Wilson Greatbatch Ltd | 物理的に蒸着された電極部品およびその製法 |
JP2008513781A (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-01 | ナノシス・インク. | ナノ構造薄膜およびその使用 |
JP2009524567A (ja) * | 2005-11-21 | 2009-07-02 | ナノシス・インコーポレイテッド | 炭素を含むナノワイヤ構造 |
JP2008108594A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Yokohama National Univ | 電極活物質及びそれを用いた正極用酸素還元電極 |
JP2008229514A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Toshiba Corp | 触媒層担持基板の製造方法、膜電極複合体の製造方法、および燃料電池の製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9364820B2 (en) | 2012-03-30 | 2016-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Oxygen reduction catalyst and electrochemical cell |
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