JP4267854B2 - 燃料電池電極材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池電極材料に関し、触媒作用を有するパイロクロア型酸化物であって、Ａ２ - ＸＢ２ - ＹＯ７ - Ｚ（但しＡ=Ｐｂ、Ｂ=Ｉｒであり、０≦Ｘ≦０.２、０≦Ｙ≦０.２、０≦Ｚ≦０.５）の組成からなる燃料電池電極材料に関する。
【０００２】
【従来技術】
固体高分子形燃料電池の電極触媒として、一般に白金系触媒が用いられている。白金系触媒の特徴は、燃料電池の陰極反応Ｈ２→２Ｈ++２ｅ−、陽極反応１／２Ｏ２＋２Ｈ++２ｅ−→Ｈ２Ｏにおいて高い触媒活性、電池性能を示すことである。
【０００３】
しかしながら、燃料電池の燃料に、改質反応を用いて炭化水素等から取り出した水素を燃料として用いる場合、燃料中に含まれる一酸化炭素の影響により、陰極側電極触媒である白金が被毒され、触媒活性が低下し、電池性能が低下する。
【０００４】
この一酸化炭素による白金の活性低下を抑えるために、例えば特開２０００−３７１２号公報に開示されているように、白金−ルテニウム合金を用いた電極触媒が提案されている。この触媒は、燃料中に許容濃度以下の一酸化炭素が含まれていても、一酸化炭素が含まれない場合と同程度の電池性能を示すことが特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料中の一酸化炭素を許容濃度以下にするためには、燃料改質器に一酸化炭素濃度を所定の濃度まで低減させる装置を設けることが必要となる。さらに許容濃度以上の一酸化炭素が含まれる燃料が供給されると、電池性能が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、上記問題を解決するために、一酸化炭素による電池性能低下の少ない燃料電池電極材料を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一酸化炭素を含む水素が供給される燃料電池燃料極材料において、Ａ２−ＸＢ２−ＹＯ７−Ｚ（但しＡ=Ｐｂ、Ｂ=Ｉｒであり、０≦Ｘ≦０.２、０≦Ｙ≦０.２、０≦Ｚ≦０.５）で表される３８０℃で焼成したパイロクロア型酸化物であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるパイロクロア型酸化物の原料として塩化鉛および、塩化イリジウム酸６水和物を用いた。これらを苛性ソーダ水溶液中に溶解させ、７５℃に加温しながら酸素ガスを２４時間バブリングする共沈法によって沈殿物を得た。
【０００９】
この沈殿物を１２０℃で１２時間乾燥し、乳鉢で粉砕し、水洗を行った後さらに１２０℃で１２時間乾燥し、乳鉢で粉砕した。得られた粉体を空気中で８００℃または３８０℃で２時間焼成し、Ｐｂ２Ｉｒ２Ｏ６ . ５のパイロクロア型酸化物を得た。８００℃で焼成した酸化物は粒径約２０ｎｍ、３８０℃では粒径約５ｎｍであった。
【００１０】
このパイロクロア型酸化物を用いた電極材料は、図１で示されるように反応層１、ガス拡散層２から成る。反応層材料はブタノール水溶液中に、疎水性カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンと、さきに合成したパイロクロア型酸化物を、酸化物：疎水性カーボンブラック：ＰＴＦＥ=４０：２８：３２の重量比で加え１時間混合し、濾過、乾燥することにより得られる。
【００１１】
ガス拡散層材料は、ブタノール水溶液中で、ポリテトラフルオロエチレンと親水性カーボンブラックを４：６の重量比で加えて混合し、濾過、乾燥することにより得られる。このガス拡散層材料を集電体として用いる銅メッシュ板３とともに３８０℃、６０ＭＰａでホットプレスしガス拡散層２とした。
【００１２】
これらの反応層１とガス拡散層２を３８０℃、６０ＭＰａでホットブレスし、接合することにより図１で示されるような燃料電池電極材料が得られる。
【００１３】
比較例
本発明と、従来技術を比較するために、白金を用いた電極材料を作成した。反応層材料は、ブタノール水溶液中に、疎水性カーボンブラックと塩化白金酸アンモニウム溶液を混合した（カーボン：ＰＴ＝１０：１；質量比率）。さらに、ポリテトラフルオロエチレン（カーボン：ＰＴＦＥ＝２：１；質量比率）を加えて１時間混合し、濾過、乾燥することにより得られる。
【００１４】
白金を材料とした反応層と、上記と同様な方法で作製したガス拡散層を３７０℃、６０ＭＰａでホットブレスし、本発明との比較となる電極材料とした。
【００１５】
上記方法で得られた電極材料を、公知の電気化学的測定装置に取り付け、電極材料の電極性能を確認した。この電気化学的測定装置は、２Ｎの硫酸水溶液を満たした水槽中に、電極材料を設置し試験電極とした。この試験電極には水素又は一酸化炭素を含む水素を外部から供給することができる。さらに、２Ｎ硫酸中に対極として白金電極を、参照極として水素電極を設置した。
【００１６】
上記の測定装置を用いて、燃料電池電極材料の電極性能（５０℃における水素電極との電位差２００ｍＶ 時の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を測定した。その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
表１から、５０℃において、１００ｐｐｍの一酸化炭素を含む水素を燃料とした場合、比較例に示す白金を用いた電極材料よりも、３８０℃で焼成した本発明のパイロクロア型酸化物を用いた電極材料は、参照極である水素電極との電位差２００ｍＶのときの電流密度が大きいことがわかった。このことから、本発明のパイロクロア型酸化物を用いた電極材料は、一酸化炭素による電池性能低下が少ないことがわかった。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一酸化炭素を含む燃料中では従来の白金を材料とした電極材料よりも電池性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電極材料の構造を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１…反応層
２…ガス拡散層
３…銅メッシュ板
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池電極材料に関し、触媒作用を有するパイロクロア型酸化物であって、Ａ２ - ＸＢ２ - ＹＯ７ - Ｚ（但しＡ=Ｐｂ、Ｂ=Ｉｒであり、０≦Ｘ≦０.２、０≦Ｙ≦０.２、０≦Ｚ≦０.５）の組成からなる燃料電池電極材料に関する。
【０００２】
【従来技術】
固体高分子形燃料電池の電極触媒として、一般に白金系触媒が用いられている。白金系触媒の特徴は、燃料電池の陰極反応Ｈ２→２Ｈ++２ｅ−、陽極反応１／２Ｏ２＋２Ｈ++２ｅ−→Ｈ２Ｏにおいて高い触媒活性、電池性能を示すことである。
【０００３】
しかしながら、燃料電池の燃料に、改質反応を用いて炭化水素等から取り出した水素を燃料として用いる場合、燃料中に含まれる一酸化炭素の影響により、陰極側電極触媒である白金が被毒され、触媒活性が低下し、電池性能が低下する。
【０００４】
この一酸化炭素による白金の活性低下を抑えるために、例えば特開２０００−３７１２号公報に開示されているように、白金−ルテニウム合金を用いた電極触媒が提案されている。この触媒は、燃料中に許容濃度以下の一酸化炭素が含まれていても、一酸化炭素が含まれない場合と同程度の電池性能を示すことが特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料中の一酸化炭素を許容濃度以下にするためには、燃料改質器に一酸化炭素濃度を所定の濃度まで低減させる装置を設けることが必要となる。さらに許容濃度以上の一酸化炭素が含まれる燃料が供給されると、電池性能が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、上記問題を解決するために、一酸化炭素による電池性能低下の少ない燃料電池電極材料を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一酸化炭素を含む水素が供給される燃料電池燃料極材料において、Ａ２−ＸＢ２−ＹＯ７−Ｚ（但しＡ=Ｐｂ、Ｂ=Ｉｒであり、０≦Ｘ≦０.２、０≦Ｙ≦０.２、０≦Ｚ≦０.５）で表される３８０℃で焼成したパイロクロア型酸化物であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるパイロクロア型酸化物の原料として塩化鉛および、塩化イリジウム酸６水和物を用いた。これらを苛性ソーダ水溶液中に溶解させ、７５℃に加温しながら酸素ガスを２４時間バブリングする共沈法によって沈殿物を得た。
【０００９】
この沈殿物を１２０℃で１２時間乾燥し、乳鉢で粉砕し、水洗を行った後さらに１２０℃で１２時間乾燥し、乳鉢で粉砕した。得られた粉体を空気中で８００℃または３８０℃で２時間焼成し、Ｐｂ２Ｉｒ２Ｏ６ . ５のパイロクロア型酸化物を得た。８００℃で焼成した酸化物は粒径約２０ｎｍ、３８０℃では粒径約５ｎｍであった。
【００１０】
このパイロクロア型酸化物を用いた電極材料は、図１で示されるように反応層１、ガス拡散層２から成る。反応層材料はブタノール水溶液中に、疎水性カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンと、さきに合成したパイロクロア型酸化物を、酸化物：疎水性カーボンブラック：ＰＴＦＥ=４０：２８：３２の重量比で加え１時間混合し、濾過、乾燥することにより得られる。
【００１１】
ガス拡散層材料は、ブタノール水溶液中で、ポリテトラフルオロエチレンと親水性カーボンブラックを４：６の重量比で加えて混合し、濾過、乾燥することにより得られる。このガス拡散層材料を集電体として用いる銅メッシュ板３とともに３８０℃、６０ＭＰａでホットプレスしガス拡散層２とした。
【００１２】
これらの反応層１とガス拡散層２を３８０℃、６０ＭＰａでホットブレスし、接合することにより図１で示されるような燃料電池電極材料が得られる。
【００１３】
比較例
本発明と、従来技術を比較するために、白金を用いた電極材料を作成した。反応層材料は、ブタノール水溶液中に、疎水性カーボンブラックと塩化白金酸アンモニウム溶液を混合した（カーボン：ＰＴ＝１０：１；質量比率）。さらに、ポリテトラフルオロエチレン（カーボン：ＰＴＦＥ＝２：１；質量比率）を加えて１時間混合し、濾過、乾燥することにより得られる。
【００１４】
白金を材料とした反応層と、上記と同様な方法で作製したガス拡散層を３７０℃、６０ＭＰａでホットブレスし、本発明との比較となる電極材料とした。
【００１５】
上記方法で得られた電極材料を、公知の電気化学的測定装置に取り付け、電極材料の電極性能を確認した。この電気化学的測定装置は、２Ｎの硫酸水溶液を満たした水槽中に、電極材料を設置し試験電極とした。この試験電極には水素又は一酸化炭素を含む水素を外部から供給することができる。さらに、２Ｎ硫酸中に対極として白金電極を、参照極として水素電極を設置した。
【００１６】
上記の測定装置を用いて、燃料電池電極材料の電極性能（５０℃における水素電極との電位差２００ｍＶ 時の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を測定した。その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一酸化炭素を含む燃料中では従来の白金を材料とした電極材料よりも電池性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電極材料の構造を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１…反応層
２…ガス拡散層
３…銅メッシュ板
Claims (1)
- 一酸化炭素を含む水素が供給される燃料電池燃料極材料において、
Ａ２−ＸＢ２−ＹＯ７−Ｚ（但しＡ=Ｐｂ、Ｂ=Ｉｒであり、０≦Ｘ≦０.２、０≦Ｙ≦０.２、０≦Ｚ≦０.５）で表される３８０℃で焼成したパイロクロア型酸化物であることを特徴とする燃料電池燃料極材料。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002010751A JP4267854B2 (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 燃料電池電極材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002010751A JP4267854B2 (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 燃料電池電極材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003217598A JP2003217598A (ja) | 2003-07-31 |
| JP4267854B2 true JP4267854B2 (ja) | 2009-05-27 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2002010751A Expired - Fee Related JP4267854B2 (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 燃料電池電極材料 |
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| JP4568124B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2010-10-27 | 学校法人同志社 | 空気極および該空気極を用いた空気二次電池 |
| JP4992185B2 (ja) | 2005-02-24 | 2012-08-08 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用触媒、膜電極複合体、および固体高分子電解質型燃料電池 |
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| JP5684971B2 (ja) * | 2009-02-10 | 2015-03-18 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | パイロクロア型酸化物の調製方法、固体高分子形燃料電池、燃料電池システムおよび燃料電池用電極触媒の製造方法 |
| JP5503465B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2014-05-28 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | パイロクロア型酸化物触媒の調製方法および燃料電池用電極触媒の製造方法 |
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2002
- 2002-01-18 JP JP2002010751A patent/JP4267854B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Ma | The preparation and characterization of platinum based electrocatalysts for methanol oxidation in fuel cells |
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