JP3652854B2 - 水素製造用セルの製造方法 - Google Patents
水素製造用セルの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3652854B2 JP3652854B2 JP29654497A JP29654497A JP3652854B2 JP 3652854 B2 JP3652854 B2 JP 3652854B2 JP 29654497 A JP29654497 A JP 29654497A JP 29654497 A JP29654497 A JP 29654497A JP 3652854 B2 JP3652854 B2 JP 3652854B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- platinum group
- solid polymer
- polymer electrolyte
- adsorption
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は固体高分子膜を用いた水素発生装置の水素製造用セルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
水素製造法として固体高分子電解質膜を用いる水電解法は電解の効率が高く、また電極の単位面積当たりの水素発生量が多いものとして知られている。この固体高分子水電解用のセル製作法として、例えば「吸着・還元・成長法」と呼ばれる化学メッキ法が提案されている(特公昭58−47471号公報参照)。
【0003】
この吸着・還元・成長法は触媒となる金属を大きく分けて3つの工程で担持することを特徴としている。先ず表面を粗化し、洗浄した固体高分子電解質膜を用意する。これを白金族のアンミン錯イオンを含む溶液に浸漬するなどして膜のイオン交換基へ白金族アンミン錯イオンを吸着させる。次に還元剤たとえば水素化硼素塩(NaBH4 )水溶液で処理することにより膜内表層部に白金族金属を析出させる。この膜を白金族塩とジアルキルアミンボラン等の還元剤などから成るメッキ液に浸漬した際、先に折出した金属粒子を核として膜表層に選択的に担持され、触媒電極層が形成される。
【0004】
以下に吸着・還元・成長法(従来法)の製造工程の一例を図5を参照して説明する。
【0005】
▲1▼ 固体高分子電解質膜(一例としてデュポン社の「ナフィオン(登録商標)177」(商品名)等)01を用いる(図5(a)参照)。
▲2▼ 固体高分子電解質膜01の表面を粗化(マイルドサンドブラスト処理によって表面を粗化する)する(図5(b)参照)。
▲3▼ 洗浄工程
▲4▼ 吸着工程・・・白金族のアンミン錯イオン等の吸着溶液に浸透させ、固体高分子電解質膜01のイオン交換基に白金族アンミン錯イオン02を吸着(膜内にも吸着させる)させる(図5(d)参照)。
▲5▼ 還元工程・・・NaBH4 水溶液等の還元剤に接させることにより吸着した白金族アンミン錯イオン02を金属層03として還元析出させる(図5(e)参照)。
▲6▼ 成長工程・・・化学メッキ(無電解メッキ)にて還元後の固体高分子電解質膜01に触媒(一例としてIr等)04を担持する(図5(f)参照)。
▲7▼ 洗浄工程
▲8▼ 完成
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸着・還元・成長法における課題として吸着工程では、膜内全体のイオン交換基に白金族アンミン錯イオンが吸着してしまうため、還元工程で表面側から還元剤を作用させる際、どのような条件を選定しようとも膜内部に白金族金属が多少なりとも析出した。
図6に示すように、膜01内部に金属が析出すると、これを電気的通路05として電子導伝を持つため、従来の方法によれば電流効率の低下はさけられないものであった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明にかかる水素製造用セルの製造方法は、吸着・還元・成長工程によって製作される水素製造用セルの製造方法であって、固体高分子電解質溶液を用いて平らな平面上に固体高分子電解質の薄膜を形成し、白金族に属する金属塩とアルカリ性水溶液とを用いて上記薄膜に白金族アンミン錯体を吸着させて、還元剤を用いて上記薄膜の白金族アンミン錯体を還元して当該薄膜に白金族金属微粒子を担持させてから、別途用意した固体高分子電解質膜に上記薄膜を接合した後に、無電解メッキを施して上記薄膜の白金族金属微粒子を成長させることを特徴とする。
また、本発明にかかる水素製造用セルは、上述した製造方法により製造されていることを特徴とする。
【0009】
すなわち、吸着工程で膜内部全体に白金族アンミン錯イオンを吸着させない方法として、吸着に先立ち高分子電解質の薄膜を用意し、この薄膜に吸着・還元処理を施すと共に、この薄膜を別途用意した固体高分子電解質膜の両面に接合することにより、白金族微粒子層を形成し、その後成長工程を実施するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0011】
前記課題の本質は、吸着工程において膜内部全体に白金族アンミン錯イオンを吸着させてしまうことにある。そして、次の工程である還元工程において、できるだけ膜表層に白金族金属を析出させるために還元剤の種類、濃度や温度条件などを制御しているが、本発明者等の膜の分析により、膜内部にも析出してしまうことが判明した。
そこで、本発明では、中心となる膜とは別の薄膜を用意し、この薄膜に吸着及び還元を実施するようにした。
すなわち、本実施の形態にかかる固体高分子膜を用いた水素製造用セル構造は、図1に示すように、吸着・還元・成長工程によって製作される水素製造用セル構造であって、固体高分子電解質からなる薄膜11に、白金族に属する金属塩とアルカリ性水溶液とからなる吸着剤12を施し、次いで還元剤13を用いて上記吸着剤を施した薄膜に還元を施してなり、別途用意した固体高分子電解質膜15の両面に上記薄膜を接合してなるものである。
【0012】
以下、白金微粒子の担持法の概略を示す図1を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
先ず、薄膜11として、数μmから数10μmの厚みをもつものを用意する。図1(a)に示すように、上記薄膜11としては、例えば固体高分子電解質溶液(例えばアルドリッチ社製のナフィオン(デュポン社の登録商標))の5wt%溶液等を平らな平面上に滴下し、薄く広げたのち乾燥させることによって製作することができる。
該薄膜11の膜厚は数μm〜数10μmとしている。
【0013】
次に、白金族の金属塩とアンモニア水を混合し吸着液12を調合する。調合液組成としては、従来技術にて提案された方法(特公昭58−47471号公報)と同様な組成(白金,ロジウム,ルテニウム,パラジウム,イリジウム等の金属の塩化物、硫酸塩、硝酸塩、クロロアンモニウム塩等の白金族に族する金属の塩をアルカリ性水溶液中に0.0001〜0.1モル/リットル、好ましくは0.01〜0.05モル/リットル)が本発明においても適切である。
アルカリ水溶液としては、上記金属塩をアンミン錯イオンの形態とすべく、アンモニア水が使用される。
上記調合液12を薄膜に施す方法としては、図2(b)に示すような例えば霧吹き等を用いる方法や、その他例えば調合液を滴下するなどの方法、或いは薄膜を調合液に浸漬するなの方法により、調合液と薄膜との十分な接触をもたせるようにすればよい。これらの方法を適宜用いることにより薄膜中のイオン交換基に白金族アンミン錯体を吸着させる。
【0014】
次に、図1(c)に示すように、還元剤13中に薄膜11を浸漬させて、白金族アンミン錯体を還元し、白金族金属微粒子14を担持させる。このとき、従来法であれば固体高分子電解質膜表層により多くの白金族金属が析出するように、また良好な金属担持状態を得るために、水素化硼素塩水溶液で処理することが必須であったが、本発明においては上記水素化硼素塩水溶液に限定されず、その他の還元剤(例えばヒドラジンヒドロキシアミン等)でも処理が可能である。
【0015】
次に、図1(d)に示すように、還元を終了し白金族金属微粒子14の担持された薄膜11を別途用意した固体高分子電解質膜(数10μm〜数100μm)15の両面に接合する。
上記接合方法としては、加熱及び加圧して行う。
上記接合温度は、120〜220℃の範囲で行えばよいが、好ましくは150〜180℃の範囲とするのが良い。また加圧圧力は15〜70kgf/cm2 の範囲で行えばよいが、35kgf/cm2 程度で行うことにより、良好なセル特性を示すのでより好ましい。
【0016】
次の工程である(e)成長工程も上述した従来技術にて提案された方法(特公昭58−47471号公報)が適切な方法である。
すなわち白金族金属塩をアルカリ性水溶液に溶解させジアルキルアミンホランを還元剤として用い無電解メッキを行うようにすればよい。
この後、酸及び純水で洗浄し完成する。
【0017】
接合工程の終わったセルを見ると、本発明によれば白金族金属を薄膜にのみ吸着・還元しているため膜内部には全く金属粒子が存在しないものとなった。
成長工程は先に存在する金属粒子を核として金属が成長して行くため全く金属粒子の存在しない膜内部では、成長反応は起こらない。そのため膜内部に金属による電路の発生は無く、高い電流効率を示すセルが得られる。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の好適な一実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0019】
▲1▼ 先ず、薄膜製作のためアルドリッチ社製のナフィオン(デュポン社の登録商標)溶液(5wt%)を用意し、薄いテフロン(デュポン社の登録商標)製のパレット21の上に滴下し、薄く広げ大気中にて乾燥させた。ほぼ乾燥したことを確認してから160℃に設定したオーブンに入れ20分間焼成し、約6μmの薄膜22を得た。
▲2▼ 吸着工程はパレットのままそこへ〔Pt(NH3)4 〕Cl2 を0.3gを80mlの純水に溶かした溶液を注ぎ、10分間静置した。その後溶液を捨て純水で1回すすいだ後還元工程を行った。
▲3▼ 還元工程用の還元液として28%アンモニア水2mlと純水350mlと水素化ホウ素ナトリウム0.8gを混ぜ合わせたものをパレットに注いだ。5分に1回パレットをかるくゆすり、30分間還元処理を行った。還元液を捨て3回純水ですすいだ。
▲4▼ パレットの底をカッタ23を用いて切断して切り出し、テフロン製のパレット21についた白金の担持された薄膜24を得た(図2参照)。
この切り出したものにアルドリッチ社製のナフィオン溶液をエタノールで10倍に薄めたものをハケでかるく塗布した。
▲5▼ 次に、図3に示すように、このナフィオン溶液を塗布した薄膜21を担持した薄膜24を170℃に設定したホットプレス機(図示せず)を用い、40kgf/cm2 の圧力にて3分間加熱加圧して固体高分子電解質膜25の両面に接合した。接合後テフロン製のパレット21の底であったテフロン板21をはがし、白金微粒子が表面層のみに担持された固体高分子膜を得た。
▲6▼ 更に成長工程として塩化イリジウム0.3g、28%アンモニア水30ml、5%ジメチルアミンボラン10mlと水200mlを混合したものを80℃に保ち2時間膜に触れさせた。
▲7▼ この後、膜を液から出し酸洗浄と水によるすすぎ洗いを行った。
【0020】
図4に電流密度と電流効率の関係を示す。
従来の方法によれば94〜96%であった電流効率が今日新しく発明した方法によれば96〜98%と改善された。
ここで電流効率及び電流から計算される理論水素量の計算式を下記「数1」に示す。
【0021】
【数1】
【0023】
【発明の効果】
本発明にかかる水素製造用セルの製造方法は、吸着・還元・成長工程によって製作される水素製造用セルの製造方法であって、固体高分子電解質溶液を用いて平らな平面上に固体高分子電解質の薄膜を形成し、白金族に属する金属塩とアルカリ性水溶液とを用いて上記薄膜に白金族アンミン錯体を吸着させて、還元剤を用いて上記薄膜の白金族アンミン錯体を還元して当該薄膜に白金族金属微粒子を担持させてから、別途用意した固体高分子電解質膜に上記薄膜を接合した後に、無電解メッキを施して上記薄膜の白金族金属微粒子を成長させるので、白金族金属を薄膜にのみ吸着・還元することとなり、その後の成長工程は先に存在する金属粒子を核として金属が成長して行くため全く金属粒子の存在しない膜内部では、成長反応は起こらず、そのため膜内部に金属による電路の発生は無く、高い電流効率を示すセルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の白金族微粒子の担持方法の概略図である。
【図2】本発明の実施例にかかる薄膜の製造方法の一例を示す図である。
【図3】本発明の実施例にかかる薄膜の接合方法の一例を示す図である。
【図4】電流密度と電流効率の関係を示す図である。
【図5】従来技術にかかる吸着・還元・成長方法の概略工程図である。
【図6】従来技術にかかる吸着・還元・成長後の膜の拡大断面図である。
【符号の説明】
11 薄膜
12 調合液
13 還元剤
14 白金族金属微粒子
15 固体高分子電解質膜
21 薄いテフロン(デュポン社の登録商標)製のパレット
22 薄膜
23 カッタ
24 ナフィオン溶液を塗布した薄膜を担持した薄膜
25 固体高分子電解質膜
Claims (2)
- 吸着・還元・成長工程によって製作される水素製造用セルの製造方法であって、
固体高分子電解質溶液を用いて平らな平面上に固体高分子電解質の薄膜を形成し、
白金族に属する金属塩とアルカリ性水溶液とを用いて上記薄膜に白金族アンミン錯体を吸着させて、
還元剤を用いて上記薄膜の白金族アンミン錯体を還元して当該薄膜に白金族金属微粒子を担持させてから、
別途用意した固体高分子電解質膜に上記薄膜を接合した後に、
無電解メッキを施して上記薄膜の白金族金属微粒子を成長させる
ことを特徴とする水素製造用セルの製造方法。 - 請求項1の製造方法により製造されていることを特徴とする水素製造用セル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29654497A JP3652854B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 水素製造用セルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29654497A JP3652854B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 水素製造用セルの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11131277A JPH11131277A (ja) | 1999-05-18 |
JP3652854B2 true JP3652854B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=17834913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29654497A Expired - Lifetime JP3652854B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 水素製造用セルの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3652854B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020072192A (ko) * | 2001-03-08 | 2002-09-14 | 조통래 | 고체 고분자 전해질 막 및 그의 제조방법 |
-
1997
- 1997-10-29 JP JP29654497A patent/JP3652854B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11131277A (ja) | 1999-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1043668C (zh) | 制备金属多孔体的方法、电池电极基板及其制备方法 | |
CN100398211C (zh) | 一种燃料电池用核壳催化剂及其制备方法 | |
US6165643A (en) | Hydrogen storage materials | |
JP2014512252A (ja) | パラジウム基コアナノ粒子上に白金の完全な単層を作成する方法 | |
JP4776240B2 (ja) | 電極触媒、その製造方法及び燃料電池 | |
WO2005081340A1 (ja) | 燃料電池用担持触媒、その製造方法及び燃料電池 | |
WO2015122104A1 (ja) | コアシェル触媒粒子の製造方法 | |
JPH021918B2 (ja) | ||
JP5664370B2 (ja) | 触媒微粒子の製造方法 | |
JPS63287553A (ja) | メタノール系燃料電池用の高活性触媒粉末とこれを用いた高活性電極の製造方法 | |
JPS58212069A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池用の電極 | |
JP3684570B2 (ja) | 燃料電池用電極およびその製造方法 | |
JP3652854B2 (ja) | 水素製造用セルの製造方法 | |
CN109509888B (zh) | 一种有序超薄膜电极、制备方法及其应用 | |
CN105413679A (zh) | 一种石墨烯-二维贵金属原子簇复合材料的制备方法 | |
JP2692736B2 (ja) | 金−イオン交換膜接合体の製造方法 | |
JPS61502768A (ja) | ポリマ−改質電極の製造方法 | |
JP2004335459A (ja) | 金属担持多孔質炭素膜、燃料電池用電極及びそれを用いた燃料電池 | |
JPH10102273A (ja) | 水電解セル | |
JP2863831B2 (ja) | 金−イオン交換膜接合体の製造方法 | |
TWI304357B (en) | Catalytic coatings, method for forming the same, and their application | |
Mikolajczyk et al. | Electrochemical study of the oxygen evolution reaction on MoNi/carbon fibre electrode in 0.1 M NaOH | |
JP2013510394A (ja) | 触媒を含有した電極層を製造する方法 | |
JPH11154511A (ja) | 表面処理水素吸蔵合金及び表面処理方法ならびに表面処理水素吸蔵合金を用いた水素化物電極 | |
JPH04359864A (ja) | 非焼結式ニッケル正極及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041124 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050121 |
|
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: 20050215 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050224 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080304 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090304 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100304 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110304 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110304 Year of fee payment: 6 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110304 Year of fee payment: 6 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110304 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120304 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130304 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140304 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |