JP2015525458A - 燃料電池用白金単原子層 - Google Patents
燃料電池用白金単原子層 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015525458A JP2015525458A JP2015518473A JP2015518473A JP2015525458A JP 2015525458 A JP2015525458 A JP 2015525458A JP 2015518473 A JP2015518473 A JP 2015518473A JP 2015518473 A JP2015518473 A JP 2015518473A JP 2015525458 A JP2015525458 A JP 2015525458A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- platinum
- fuel cell
- forming
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 107
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002356 single layer Substances 0.000 title description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 26
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 25
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims description 23
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 15
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims 2
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims 2
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 61
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000004758 underpotential deposition Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- -1 copper cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000929 Ru alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- CFQCIHVMOFOCGH-UHFFFAOYSA-N platinum ruthenium Chemical compound [Ru].[Pt] CFQCIHVMOFOCGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/54—Contact plating, i.e. electroless electrochemical plating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8814—Temporary supports, e.g. decal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8842—Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
- Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
Abstract
例示的な燃料電池の電極形成の方法は、銅単原子層の少なくとも一部を液体白金で被覆するステップと、前記液体白金から白金単原子層を形成するため、前記銅単原子層を置き換えるステップと、を含む。
Description
本開示は一般的に燃料電池に関連しており、特に、燃料電池用の白金単原子層触媒を提供することに関連している。
燃料電池スタックアセンブリはよく知られており、一般的に多数の個別の燃料電池を含む。個別の燃料電池はそれぞれ、二つの電極の間に位置する高分子電解質膜（ＰＥＭ）を含み得る。電極は触媒被覆基板（ＣＣＳ）であり得る。基板は炭素繊維を含むガス拡散層であり得る。基板は、例えば水素や空気などの燃料電池流体を分配する。ＣＣＳの一つはアノードとして作用し、他のＣＣＳはカソードとして作用する。ＰＥＭ及び電極は共に、膜／電極接合体（ＭＥＡ）を確立する。
ＣＣＳはコア上に堆積された白金単原子層を含み得る。単原子層は一原子分の厚さであり、白金の利用は商用の白金ナノ触媒よりもはるかに高い。白金単原子層の大量生産は難しい。
例示的な燃料電池電極の形成方法は、銅単原子層の少なくとも一部を白金溶液で被覆するステップと、白金単原子層を形成するために銅単原子層を置き換えるステップを含む。
例示的な電極の形成装置は、銅単原子層を置き換えるときに、銅単原子層に対して白金溶液を保持するためのセルを含む。
詳細な説明から、開示される実施例の様々な特徴及び利点が当業者に明らかになる。詳細な説明に添付の図面は以下のように簡潔に説明され得る。
図１から３を参照すると、例示的な燃料電池スタックアセンブリ１０は、スタック状に配置された多数の燃料電池１２を含む。圧力板１４ａ及び１４ｂは燃料電池スタックアセンブリ１０の燃料電池１２を固定する。各々の燃料電池１２は第１触媒被覆基板（ＣＣＳ）２０ａ及び第２ＣＣＳ２０ｂの間に位置する膜１６を含む。ＣＣＳ２０ａは触媒層２１ａ及びガス拡散層２２ａからなる。ＣＣＳ２０ｂは触媒層２１ｂ及びガス拡散層２２ｂからなる。
板２４ａは第１ガス拡散層２２ａに隣接している。板２４ａは、例えば水素などの燃料を燃料供給２８から第１ガス拡散層２２ａに誘導するチャンネル（図示せず）を含む。燃料は第１ガス拡散層２２ａを通って触媒層２１ａへ移動する。別の板２４ｂは第２ガス拡散層２２ｂに隣接している。板２４ｂは、例えば酸素などの酸化剤を酸化剤供給３２から第２ガス拡散層２２ｂへ誘導するチャンネル（図示せず）を含む。酸化剤は第２ガス拡散層２２ｂを通って触媒層２１ｂへ移動する。
板２４ａは、燃料電池スタックアセンブリ１０内で別の燃料電池１２のガス拡散層へ酸化剤を誘導する追加のチャンネルを含み得る。同様に、板２４ｂは、燃料電池スタックアセンブリ１０内で別の燃料電池１２のガス拡散層へ燃料を誘導する追加のチャンネルを含み得る。
この実施例において、触媒層２１ｂは、白金単原子層触媒を含み、例えばパラジウム、金、またはそれらの合金などの他の金属上で支持されている。アノード触媒層２１ａは、白金触媒、白金単原子層触媒、白金ルテニウム合金触媒、またはいくつかの触媒層の他種を含み得る。
図２及び３を引き続き参照しながら図４を参照すると、カソードＣＣＳ２０ｂを製造する例示的な方法５０が示されている。アノードＣＣＳ２０ａが白金単原子層を含む場合、方法５０が、アノードＣＣＳ２０ａを形成するために使用されることができる。
方法５０は、銅のアンダーポテンシャル析出（ＵＰＤ）により、液体銅溶液内で基板上に被覆されたコア材料上に銅単原子層を形成するステップ５４を含む。
一つの実施例において、コアはカーボンブラック上に支持されたパラジウム粒子を備えており、銅溶液は、０．０５Ｍの硫酸を加えた０．２Ｍの亜硫酸二銅である。電位は銅堆積の間に０．３６Ｖで１時間維持される。方法５０はそれから、開路電位の下、ステップ５８で銅溶液内に白金溶液を加えることにより、銅単原子層を白金で置き換える。置き換えは、反応：Ｃｕ＋Ｐｔ２＋→Ｐｔ＋Ｃｕ２＋を経て起こる。一つの実施例において、白金溶液は１ｍＭのＫ２ＰｔＣｌ４、０．０５Ｍの硫酸、及び０．２Ｍのクエン酸を含む。ステップ５８の後、白金単原子層が、コア上に残る。ステップ６２で、方法５０は、触媒膜アセンブリを形成するように白金単原子層触媒層にわたって膜１６を圧入する。白金単原子層触媒粉末は基板から収集され得る。コアは、方法５０の間に、例えばガス拡散層２２ａなどのガス拡散層により支持され得る。
方法５０においてステップ５４の選択された部分の実施例は、図５及び６の電極形成装置６４を参照して示されている。この実施例において、銅溶液７０は電気化学セル７４内に保持されている。セル７４は、ガラス、テフロン（登録商標）、プラスチック、または方法５０の条件に適した他の材料からなる。方法５０は、白金単原子層の非均一な被覆を避けるために、セル７４の本体、触媒層２１ｂ、及びガス拡散層２２ｂを通した白金溶液回路を強要するためのポンプ８２を含み得る。ＣＣＳ２０ｂはセル７４とプレート７５の間に挟まれている。プレート７５は白金溶液を巡回させるためのいくつかのチャンネルを含み得る。実施例において、プレート７５はテフロン（登録商標）からなる。
触媒層２１ｂを形成するために、コア７８が、周知の被覆方法または吹き付け方法を用いてガス拡散層２２ｂ上に被覆される。コア７８はパラジウム、白金、金、パラジウム合金、白金合金、金合金、またはこれらのいくつかの組み合わせからなる。触媒層２１ｂは同様に、上記材料のいずれか、または任意の他の材料に加えて、アイオノマーを含み得る。一つの実施例において、アイオノマーはＮａｆｉｏｎである。
ガス拡散層２１ｂはコア７８を支持している。ガス拡散層２１ｂは、一つの実施例において、コア７８を形成する材料で吹き付けされるカーボンファイバー紙である。
ガス拡散層２１ｂは、いくつかの実施例においてＴｅｆｌｏｎ（登録商標）で処理される。他の実施例において、ガス拡散層２１ｂは処理されない。水や反応物の管理を改善するために、例えばバインダーを含むカーボンブラックなどの二分子層が、ガス拡散層２１ｂとコア７８の間に配置され得る。
この実施例において、電気化学セルアセンブリ８２が銅単原子層と白金単原子層を堆積するために用いられる。電気化学セルアセンブリ８２は、ポテンショスタット８６、カウンター電極９０、及び参照電極９４を含む。少なくとも接触電極９０と参照電極９４は、銅溶液７０内での部分を含む。
セル７４内部の銅溶液７０におけるコア７８上に電位を印加することで、コア７８上に金属銅単原子層９８を形成する。銅単原子層９８は、銅溶液７０におけるいくつかの銅カチオンの還元から形成される。この実施例において、銅単原子層９８がコア７８上に堆積されるように、ガス拡散層２０ｂ及びコア７８は銅溶液７０及びセル７４に押し付けられる。一つの実施例は、コア７８上に銅単原子層を堆積するためにアンダーポテンシャル析出を用いることを含む。
ＣＣＳは、堆積の間に電気化学セルアセンブリ８２の作用電極として作用する。この分野における技能及びこの開示の利点を有する当業者であれは、銅単原子層９８を形成するために電気化学セルアセンブリ８２で銅を堆積する方法を理解しているだろう。
方法５０のステップ５８の選択された部分の実施例が図７に示されている。この実施例において、銅溶液７０は、セル７４から除去されるか白金溶液１０２と混合される。金属銅である銅単原子層９８は、触媒層２１ｂ上にとどまり、及び白金溶液１０２によって被覆される。銅単原子層９８の酸化の間に、銅単原子層９０の原子は、一原子分の厚さである金属白金単原子層１０６を形成するため、白金原子で置き換えられる。反応はこのように説明される：Ｃｕ＋Ｐｔ２＋→Ｐｔ＋Ｃｕ２＋
方法５０のステップ６２の選択された部分の実施例が図８に示されている。この実施例において、例えば高分子電解質膜などの膜１１０がＣＣＳ２０ｂを完成するため白金単原子層１０６上に圧入される。ステップ６２は、いくつかの実施例においてはホットプレスである。
開示された実施例の特徴は、相対的に均一な白金単原子層を製造する方法を含み、これは均一な白金の堆積に起因する相対的に高い活性度と耐久度を提供する。直接の白金堆積は単原子層をもたらさず、代わりに白金粒子及び厚い白金膜を製造する。同様に、この方法は、膜／電極接合体を作るときに、白金単原子触媒のインク混合プロセスを避ける。
前述の説明は、本質的に限定的よりも例示的なものである。説明した実施例に対する変更や修正は、この開示の本質から必ず逸脱しない当業者に明らかになり得る。それ故、この開示に与えられた法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することにのみ決定されることができる。
１０ 燃料電池スタックアセンブリ
１２ 燃料電池
１４ａ、１４ｂ 圧力板
１６ 膜
２０ａ、２０ｂ 触媒被覆基板（ＣＣＳ）
２１ａ、２１ｂ 触媒層
２２ａ、２２ｂ ガス拡散層
２４ａ、２４ｂ 板
２８ 燃料供給
３２ 酸化剤供給
６４ 電極形成装置
７０ 銅溶液
７４ 電気化学セル
７５ プレート
７８ コア
８２ 電気化学セルアセンブリ
８６ ポテンショスタット
９０ カウンター電極
９４ 参照電極
９８ 銅単原子層
１０２ 白金溶液
１０６ 白金単原子層
１１０ 膜
１２ 燃料電池
１４ａ、１４ｂ 圧力板
１６ 膜
２０ａ、２０ｂ 触媒被覆基板（ＣＣＳ）
２１ａ、２１ｂ 触媒層
２２ａ、２２ｂ ガス拡散層
２４ａ、２４ｂ 板
２８ 燃料供給
３２ 酸化剤供給
６４ 電極形成装置
７０ 銅溶液
７４ 電気化学セル
７５ プレート
７８ コア
８２ 電気化学セルアセンブリ
８６ ポテンショスタット
９０ カウンター電極
９４ 参照電極
９８ 銅単原子層
１０２ 白金溶液
１０６ 白金単原子層
１１０ 膜
Claims (20)
- 銅単原子層の少なくとも一部を白金溶液で被覆するステップと、
前記白金溶液から白金単原子層を形成するため、前記銅単原子層を置き換えるステップと、
を含む、燃料電池の電極形成の方法。 - 前記銅単原子層は、前記置き換えるステップの間に前記白金溶液にさらされる、請求項１に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 膜を前記白金単原子触媒層に圧入するステップを含む、請求項１に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記膜は高分子電解質膜を備えている、請求項３に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記白金単原子層は少なくとも一原子分の厚さである、請求項１に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記銅単原子層は一原子分の厚さである、請求項１に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記置き換えるステップの前にコア材料上に前記銅単原子層を堆積するステップを含む、請求項１に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記堆積するステップの前に基板を前記コア材料で被覆するステップを含む、請求項７に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記基板はガス拡散層である、請求項８に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記ガス拡散層はカーボン紙である、請求項９に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記カーボン紙は親水性または疎水性処理されている、請求項１０に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記ガス拡散層は二分子層を有している、請求項９に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記コアは、パラジウム、白金、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、レニウム、銀、及びそれらの合金の少なくとも１つを備えている、請求項７に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 前記コアは、プロトン伝導アイオノマーで混合されている、請求項７に記載の燃料電池の電極形成の方法。
- 銅単原子層を置き換える際に、前記銅単原子層に対する白金溶液を保持するように構成されたセルを備えている、電極形成装置。
- 前記銅単原子層は一原子分の厚さである、請求項１５に記載の電極形成装置。
- 前記銅単原子層を酸化して、白金単原子層を形成する、請求項１５に記載の電極形成装置。
- 前記銅単原子層を支持するコアを含む、請求項１５に記載の電極形成装置。
- 前記コアは、パラジウム、白金、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、レニウム、銀、及びそれらの合金の少なくとも１つを備えている、請求項１８に記載の電極形成装置。
- 前記コアを支持するガス拡散層を含む、請求項１８に記載の電極形成装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/530,201 US9484580B2 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Platinum monolayer for fuel cell |
| US13/530,201 | 2012-06-22 | ||
| PCT/US2013/046047 WO2013192056A1 (en) | 2012-06-22 | 2013-06-16 | Platinum monolayer for fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015525458A true JP2015525458A (ja) | 2015-09-03 |
| JP6298459B2 JP6298459B2 (ja) | 2018-03-20 |
Family
ID=49769244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015518473A Active JP6298459B2 (ja) | 2012-06-22 | 2013-06-16 | 燃料電池用白金単原子層 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9484580B2 (ja) |
| EP (1) | EP2865034B1 (ja) |
| JP (1) | JP6298459B2 (ja) |
| KR (1) | KR101965930B1 (ja) |
| CN (1) | CN104854744B (ja) |
| WO (1) | WO2013192056A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6295323B2 (ja) * | 2013-07-19 | 2018-03-14 | アウディ アクチェンゲゼルシャフトＡｕｄｉ Ａｇ | コア−シェル触媒の処理方法および処理システム |
| JP6075305B2 (ja) * | 2014-02-14 | 2017-02-08 | トヨタ自動車株式会社 | コアシェル触媒粒子の製造方法 |
| US11834741B2 (en) | 2016-09-08 | 2023-12-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Atomic layer deposition with passivation treatment |
| KR20200132598A (ko) * | 2019-05-17 | 2020-11-25 | 고려대학교 세종산학협력단 | 백금 단원자 막 및 그의 제조방법 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59139569A (ja) * | 1982-12-30 | 1984-08-10 | インタ−ナシヨナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−シヨン | 燃料電池 |
| JP2007141477A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Hitachi Ltd | 触媒材料及びそれを用いた電解質膜−電極接合体と燃料電池 |
| JP2010520954A (ja) * | 2007-02-21 | 2010-06-17 | ソルビコア ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | カーボン繊維含有基材上への触媒粒子の電気化学的堆積方法およびそのための装置 |
| WO2011099956A1 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Utc Power Corporation | Platinum monolayer on alloy nanoparticles with high surface areas and methods of making |
| WO2011099957A1 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Utc Power Corporation | Platinum monolayer on hollow, porous nanoparticles with high surface areas and method of making |
| JP2011218278A (ja) * | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Toyota Motor Corp | カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法、当該製造方法により得られるコアシェル型触媒微粒子を用いた触媒インクの製造方法、及び、当該製造方法により得られる触媒インクを含む触媒層 |
| JP2012016684A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Toyota Motor Corp | コアシェル型触媒微粒子の製造方法、及び、当該製造方法により製造されるコアシェル型触媒微粒子 |
| JP2012102345A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-31 | Osaka Prefecture Univ | コアシェル粒子の製造方法 |
| JP2012204221A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 層状触媒層、膜電極接合体、および電気化学セル |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4039398A (en) * | 1975-08-15 | 1977-08-02 | Daiichi Denshi Kogyo Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for electrolytic treatment |
| KR100512262B1 (ko) | 2003-06-04 | 2005-09-05 | 주식회사 협진아이엔씨 | 연료전지용 전극의 확산층 |
| US7691780B2 (en) | 2004-12-22 | 2010-04-06 | Brookhaven Science Associates, Llc | Platinum- and platinum alloy-coated palladium and palladium alloy particles and uses thereof |
| US7704919B2 (en) * | 2005-08-01 | 2010-04-27 | Brookhaven Science Associates, Llc | Electrocatalysts having gold monolayers on platinum nanoparticle cores, and uses thereof |
| US7964506B1 (en) * | 2008-03-06 | 2011-06-21 | Novellus Systems, Inc. | Two step copper electroplating process with anneal for uniform across wafer deposition and void free filling on ruthenium coated wafers |
| US8404613B2 (en) | 2008-10-21 | 2013-03-26 | Brookhaven Science Associates, Llc | Platinum-based electrocatalysts synthesized by depositing contiguous adlayers on carbon nanostructures |
| US8317910B2 (en) | 2010-03-22 | 2012-11-27 | Unity Semiconductor Corporation | Immersion platinum plating solution |
-
2012
- 2012-06-22 US US13/530,201 patent/US9484580B2/en active Active
-
2013
- 2013-06-16 KR KR1020157001323A patent/KR101965930B1/ko active IP Right Grant
- 2013-06-16 EP EP13806821.8A patent/EP2865034B1/en active Active
- 2013-06-16 CN CN201380033091.2A patent/CN104854744B/zh active Active
- 2013-06-16 WO PCT/US2013/046047 patent/WO2013192056A1/en active Application Filing
- 2013-06-16 JP JP2015518473A patent/JP6298459B2/ja active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59139569A (ja) * | 1982-12-30 | 1984-08-10 | インタ−ナシヨナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−シヨン | 燃料電池 |
| JP2007141477A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Hitachi Ltd | 触媒材料及びそれを用いた電解質膜−電極接合体と燃料電池 |
| JP2010520954A (ja) * | 2007-02-21 | 2010-06-17 | ソルビコア ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | カーボン繊維含有基材上への触媒粒子の電気化学的堆積方法およびそのための装置 |
| WO2011099956A1 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Utc Power Corporation | Platinum monolayer on alloy nanoparticles with high surface areas and methods of making |
| WO2011099957A1 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Utc Power Corporation | Platinum monolayer on hollow, porous nanoparticles with high surface areas and method of making |
| JP2011218278A (ja) * | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Toyota Motor Corp | カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法、当該製造方法により得られるコアシェル型触媒微粒子を用いた触媒インクの製造方法、及び、当該製造方法により得られる触媒インクを含む触媒層 |
| JP2012016684A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Toyota Motor Corp | コアシェル型触媒微粒子の製造方法、及び、当該製造方法により製造されるコアシェル型触媒微粒子 |
| JP2012102345A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-31 | Osaka Prefecture Univ | コアシェル粒子の製造方法 |
| JP2012204221A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 層状触媒層、膜電極接合体、および電気化学セル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2865034B1 (en) | 2018-08-08 |
| EP2865034A4 (en) | 2016-03-16 |
| EP2865034A1 (en) | 2015-04-29 |
| JP6298459B2 (ja) | 2018-03-20 |
| CN104854744A (zh) | 2015-08-19 |
| WO2013192056A1 (en) | 2013-12-27 |
| KR20150032713A (ko) | 2015-03-27 |
| US9484580B2 (en) | 2016-11-01 |
| CN104854744B (zh) | 2017-12-01 |
| KR101965930B1 (ko) | 2019-04-04 |
| US20130340915A1 (en) | 2013-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6749959B2 (en) | Fuel cell gas separator, manufacturing method thereof, and fuel cell | |
| CN106252670B (zh) | 使用加有晶种的电极借助核壳催化剂对高性能燃料电池电极的卷对卷制造 | |
| US9446350B2 (en) | Gas decomposition apparatus and method for decomposing gas | |
| JP6298459B2 (ja) | 燃料電池用白金単原子層 | |
| US20150376803A1 (en) | Gas Diffusion Electrodes and Methods for Fabricating and Testing Same | |
| US20140287347A1 (en) | Method for fabricating a membrane-electrode assembly | |
| DE112014004364B4 (de) | Brennstoffzellenseparator, Brennstoffzelle und Herstellverfahren für Brennstoffzellenseparator | |
| CN108977828B (zh) | 一种膜电极电解臭氧发生器及其制备工艺 | |
| US9299991B2 (en) | Electrochemical deposition of nanoscale catalyst particles | |
| KR20130124071A (ko) | 연료 전지용 바이폴라 플레이트 및 그 제조방법과 이를 포함하는 연료 전지 | |
| US20090145781A1 (en) | Method of treating nanoparticles using a proton exchange membrane and liquid electrolyte cell | |
| Geuß et al. | Investigation of Iridium-Based OER Catalyst Layers in a GDE Half-Cell Setup: Opportunities and Challenges | |
| JP2009266681A (ja) | 燃料電池 | |
| CN116536676A (zh) | 水电解槽及其制造方法 | |
| US8288057B2 (en) | Electrode layer of fuel cell and method of fabricating the same | |
| JP7058394B2 (ja) | 光学活性化合物の製造装置および製造方法 | |
| KR20140034544A (ko) | 연료전지 막-전극 접합체 및 그 제조 방법 | |
| US20190226097A1 (en) | Water electrolysis device for homogenization of the current density | |
| Masel et al. | Palladium-based electrocatalysts and fuel cells employing such electrocatalysts | |
| US10541425B2 (en) | Method and system for core-shell catalyst processing | |
| CA2400414C (en) | Methanol fuel cell with a metal-cation-conducting membrane | |
| JP2019141809A (ja) | コアシェル構造型触媒層の製造方法 | |
| JP2018073586A (ja) | 膜電極接合体 | |
| JP2006019218A (ja) | 固体高分子形燃料電池用電極の触媒層の製造方法 | |
| JP2012099343A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160126 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20160126 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160129 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20160222 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160225 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20160225 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160603 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170411 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170425 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170705 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171017 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171220 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180213 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180223 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6298459 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |