JP4709477B2 - Method for producing electrode catalyst for fuel cell - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の電極に用いられる燃料電池用電極触媒およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、クリーンなエネルギー源として、燃料電池が開発されている。
【0003】
燃料電池は、電解質の種類により、リン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型の4種類に分類される。
【0004】
固体高分子型の燃料電池は、電解質として高分子膜の一種であるイオン交換膜を用いるものであり、高出力密度、長寿命、低温作動(室温〜100℃)等の特徴を有している。このような特徴により、高分子型の燃料電池は、小型高出力と同時に短時間での起動が要求される電気自動車の動力電源や、長期間の信用が要求される定置用電源への採用が期待されている。
【0005】
固体高分子型の燃料電池は、電解質にプロトン(H+)導電性を有する100μm程度のイオン交換膜を用い、この膜の両側に10〜30μm程度の薄い多孔質の電極触媒を有する触媒層をつけた構造を有している。そして、一方の電極(燃料極、アノード)に水素(H2)または改質したH2リッチなガスを、他方の電極(酸化剤極、カソード)に酸素(O2)または空気を供給し、室温〜100℃前後で動作させる。燃料電池は、燃料極で燃料をプロトンに酸化し(化1式)、酸化剤極で酸素を水に還元して(化2式)、発電する(化3式)。
【0006】
【化1】
2→2H++2e-
【0007】
【化2】
1/2O2+2H++2e-→H2
【0008】
【化3】
2+1/2O2→H2
【0009】
触媒層に用いられる電極触媒は、カーボン粉末の表面に白金粒子が担持された構造を有している。このような電極触媒は、たとえば、白金化合物の水溶液中にカーボン粉末を分散し、安定化した後に還元剤を用いて白金錯体イオンをカーボン担体上にて還元し、白金を担持させる方法を用いて製造されている。(たとえば、特許文献1〜10参照。)
これらの特許文献において、白金粒子の粒径を小さくした発明においては十分な白金の担持量が確保できていなかった。また、白金粒子の担持量を多くすると、担持された白金粒子の粒径が大きくなっていた。
【0010】
燃料電池においては、電池性能を向上させることを目的として、電極触媒の触媒目付量を多くすることが提案されている。
【0011】
しかしながら、触媒目付量を多くすると、触媒層が厚くなり燃料ガスの拡散性が低下して電池出力が十分に得られないという問題があった。また、触媒目付量を多くしようとすると、白金粒子が凝集して十分な触媒活性が得られなくり、電池電圧が低下するという問題があった。
【0012】
【特許文献1】
特開平8−162133号公報
【特許文献2】
特開平10−334925号公報
【特許文献3】
特開平11−250918号公報
【特許文献4】
特開2000−12043号公報
【特許文献5】
特開2001−216991号公報
【特許文献6】
特開2002−222655号公報
【特許文献7】
特表2001−525247号公報
【特許文献8】
特表2002−511639号公報
【特許文献9】
特開平9−167620号公報
【特許文献10】
特開2000−123843号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、十分な触媒量を有しながらガスの拡散を阻害しない触媒層を形成できる燃料電池用電極触媒の製造方法を提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明者らは検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
【0016】
本発明の第一の燃料電池用電極触媒の製造方法は、カーボン粉末および白金錯体が溶解した分散液を調製する分散液調整工程と、分散液から固形分を濾別して洗浄し、固形分を水に分散させる洗浄工程と、を有し、pHを4〜7に維持したカーボン粉末と白金錯体とが水に分散した分散溶液を調製する分散溶液調整工程と、分散溶液に緩衝剤を添加する緩衝剤添加工程と、分散溶液に還元剤を添加してカーボン粉末表面に白金を還元析出させる還元析出工程と、を有し、BET比表面積が200〜400m/gの燃料電池用電極触媒を製造することを特徴とする。
また、本発明の第二の燃料電池用電極触媒の製造方法は、カーボン粉末および白金錯体が溶解した分散液を調製する分散工程と、分散液に過酸化水素水を添加してコロイド粒子を生成するコロイド生成工程と、分散液から固形分を濾別して洗浄し、固形分を水に分散させる洗浄工程と、を有し、pHを4〜7に維持したカーボン粉末と白金錯体とが水に分散した分散溶液を調製する分散溶液調整工程と、分散溶液に緩衝剤を添加する緩衝剤添加工程と、分散溶液に還元剤を添加してカーボン粉末表面に白金を還元析出させる還元析出工程と、を有し、BET比表面積が200〜400m /gの燃料電池用電極触媒を製造することを特徴とする。
【0017】
本発明の燃料電池用電極触媒は、小さな粒径の白金粒子が多量にカーボンに担持されていることから、十分な触媒量(白金粒子量)を確保しながらガスの拡散を阻害しない触媒層を形成できる燃料電池用電極触媒を提供できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
(燃料電池用電極触媒)
本発明の製造方法により製造される燃料電池用電極触媒(以下、本発明の燃料電池用電極触媒と称する)は、白金粒子がカーボンに担持された構成を有している。本発明の燃料電池用触媒は、白金粒子がカーボンに担持された構成を有することで、反応表面積を増大し、単位触媒重量あたりの活性を高めている。
【0019】
白金粒子の平均粒径は、1.9〜2.3nmである。白金粒子の平均粒径を調節することで、本発明の電極触媒を燃料電池の電極に用いたときに、燃料電池が十分な電池性能を得られるようになる。なお、カーボンに担持された白金粒子は、純白金よりなる。
【0020】
白金粒子の粒子径が小さいほど、同じ重量の白金粒子を担持したときの白金粒子の表面積が広くなる。すなわち、白金粒子の平均粒径が小さいことが好ましい。白金粒子の平均粒径が2.3nmを超えると、燃料電池用電極の触媒表面積が確保されなくなり、電池出力が低下する。また、平均粒径が1.9nm未満では、白金粒子の粒径が小さすぎて、カーボンへの担持が困難になる。
【0021】
なお、白金粒子の粒子径は、電極触媒のXRDを測定し、39°付近のピーク(Ptの(111)面に由来)の半価幅から算出することで求めることができる。
【0022】
燃料電池用電極触媒を100wt%としたときに、白金粒子は、60〜80wt%である。白金粒子のカーボンへの担持量を調節することで、本発明の電極触媒を燃料電池の電極に用いたときに、燃料電池が十分な電池性能を得られるようになる。
【0023】
白金粒子の担持量が60wt%未満であると、触媒層が厚くなり、燃料ガス拡散性が低下し、電池出力が低下する。また、担持量が80wt%を超えると、活性が著しく高くなり、発火するという問題が生じる。
【0024】
本発明の燃料電池用電極触媒は、BET比表面積が200〜400m2/gであることが好ましい。BET比表面積を調節することで、本発明の電極触媒を燃料電池の電極に用いたときに、燃料電池が十分な電池性能を得られるようになる。
【0025】
比表面積が200m2/g未満では、十分な触媒活性が得られないため電池性能が低下し、400m2/gを超えると、発電時に生成する水を多量に吸着するようになり、水の排出性が低下することで電池性能が低下する。
【0026】
本発明の燃料電池用電極触媒において、白金粒子が担持されるカーボンは、従来の燃料電池用電極触媒に用いられているカーボンを用いることができる。たとえば、カーボンブラックや活性炭をあげることができる。
【0027】
本発明の燃料電池用触媒は、請求項1〜6に記載の製造方法により製造される。
【0028】
本発明の燃料電池用電極触媒は、平均粒径が1.9〜2.3nmの白金粒子がカーボンに担持されたことで触媒表面積を十分に確保できたため、燃料電池の電極への使用量を低減できる。この結果、本発明の燃料電池用電極触媒は、十分な触媒量(白金粒子量)を確保しながらガスの拡散を阻害しない触媒層を形成できる燃料電池用電極触媒を提供できる。
【0029】
(製造方法)
本発明の第一の燃料電池用電極触媒の製造方法は、分散溶液調整工程と、緩衝剤添加工程と、還元析出工程と、を有する。本発明の製造方法は、pHを4〜7に維持したカーボン粉末および白金とが分散した溶液を、分散液調整工程、洗浄工程を有する工程で調製し、カーボン粉末の表面に白金を還元析出させることで燃料電池用電極触媒を製造する製造方法である。
【0030】
第一の製造方法の分散溶液調整工程は、洗浄工程を有し、pHを4〜7に維持したカーボン粉末と白金錯体とが水に分散した分散溶液を調製する工程である。すなわち、分散溶液調整工程は、分散液調整工程と、洗浄工程と、を有し、pHを4〜7に維持した分散溶液であって、カーボン粉末と白金とを含有する溶液を調製する工程である。
本発明の第二の燃料電池用電極触媒の製造方法は、分散溶液調整工程と、緩衝剤添加工程と、還元析出工程と、を有する。本発明の製造方法は、pHを4〜7に維持したカーボン粉末および白金とが分散した溶液を、分散工程、コロイド生成工程、洗浄工程を有する工程で調製し、カーボン粉末の表面に白金を還元析出させることで燃料電池用電極触媒を製造する製造方法である。
第二の製造方法の分散溶液調整工程は、洗浄工程を有し、pHを4〜7に維持したカーボン粉末と白金錯体とが水に分散した分散溶液を調製する工程である。すなわち、分散溶液調整工程は、分散工程と、コロイド生成工程と、洗浄工程と、を有し、pHを4〜7に維持した分散溶液であって、カーボン粉末と白金とを含有する溶液を調製する工程である。
【0031】
本発明の第一及び第二の製造方法(以下、特に限定のない限りは、本発明の製造方法と称する)の緩衝剤添加工程は、分散溶液に緩衝剤を添加する工程である。緩衝剤添加工程において緩衝剤を添加することで、その後の還元析出工程における還元析出反応をコントロールすることが可能となる。還元析出反応の反応速度をコントロールすることで、還元析出する白金の粒径を小さくすることができる。
【0032】
本発明の製造方法の還元析出工程は、分散溶液に還元剤を添加してカーボン粉末表面に白金を還元析出させる工程である。カーボン粉末の表面に白金を析出させることで、カーボンに白金が担持された燃料電池用電極触媒を製造できる。
【0033】
本発明の製造方法は、緩衝剤を添加することで、還元析出工程における白金の還元析出の反応速度を減速させている。還元析出反応の反応速度が減速すると、還元析出した白金が形成する粒子の粒径の成長速度も遅くなるため、小さな粒径の白金粒子が得られる。すなわち、カーボン粉末に小さな粒径の白金粒子が担持した電極触媒が得られる。
【0034】
本発明の製造方法において、緩衝剤は、還元析出反応の反応速度を律速することができる物質であれば限定されるものではない。たとえば、酢酸、クエン酸、プロピオン酸、アンモニア、エタノールアミン等の物質をあげることができる。
【0035】
還元析出工程において分散溶液に添加される還元剤は、分散溶液に溶解した白金を還元析出させることができる物質であれば特に限定されるものではない。すなわち、従来公知の物質を還元剤として用いることができる。還元剤としては、たとえば、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素ガス、アルコール、ギ酸、ヒドラジンをあげることができる。
【0036】
第一の製造方法において、分散溶液調整工程は、カーボン粉末および白金錯体が溶解した分散液を調製する分散液調整工程と、分散液から固形分を濾別して洗浄し、固形分を水に分散させる洗浄工程と、を有する工程である。
【0037】
分散溶液調整工程が、分散液調整工程においてカーボンと白金とが混在した分散液を調製し、この分散液から固形分を濾別して洗浄することで、白金錯体が表面に付着したカーボンを調製することができる。そして、このカーボンを再度水に分散させることで、白金錯体とカーボンとが分散した分散溶液が得られる。
【0038】
燃料電池用電極触媒に用いられるカーボン粉末は、ある程度高い比表面積を有しており、水等の溶液に分散しにくい。このため、白金錯体が溶存した溶液中にカーボン粉末を投入するよりも、あらかじめ水に分散させておき、白金錯体が溶存した溶液と混合することが好ましい。すなわち、分散液調整工程は、カーボン粉末を水に分散させて分散液を調製する分散工程と、白金錯体が溶存した白金水溶液を調製する白金水溶液調整工程と、分散液に白金水溶液を添加する添加工程と、を有することが好ましい。
【0039】
また、本分散溶液調整工程は、洗浄工程を有しているため、調製される分散溶液のpHを4〜7(中性)に維持している。分散溶液を中性に維持したことで、その後の工程において緩衝剤の添加量を低減できる。洗浄工程は、排水の導電率が100μS/cm以下となるまで流水で洗浄することが好ましい。
【0040】
第二の製造方法において、分散溶液調整工程は、カーボン粉末および白金錯体が溶解した分散液を調製する分散工程と、分散液に過酸化水素水を添加してコロイド粒子を生成するコロイド生成工程と、分散液から固形分を濾別して洗浄し、固形分を水に分散させる洗浄工程と、を有する工程である。
【0041】
すなわち、白金錯体をコロイド粒子として分散溶液に分散させている。白金錯体をコロイド粒子として分散させることで、白金錯体を濃縮することができ、高価な白金のロスの発生を抑えることができる。そして、この溶液から固形分を濾別して洗浄することで、白金錯体が表面に付着したカーボンを調製することができる。そして、このカーボンを再度水に分散させることで、白金錯体とカーボンとが分散した分散溶液が得られる。
【0042】
また、コロイド生成工程を有する分散溶液調整工程は、洗浄工程を有しているため、調製される分散溶液のpHを4〜7(中性)に維持している。分散溶液を中性に維持したことで、その後の工程において緩衝剤の添加量を低減できる。洗浄工程は、排水の導電率が100μS/cm以下となるまで流水で洗浄することが好ましい。
【0043】
本発明の製造方法において、カーボン粉末は、還元析出した白金粒子を担持できるとともに導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。従来の燃料電池用電極触媒に用いられているカーボンを用いることができる。たとえば、カーボンブラックや活性炭をあげることができる。
【0044】
カーボン粉末は、800〜1500m2/gのBET比表面積を有することが好ましい。カーボン粉末が800〜1500m2/gのBET比表面積を有することで、製造される電極触媒が十分な比表面積を有するようになる。
【0045】
本発明の製造方法において、白金錯体は、還元析出工程において白金を還元析出できる物質であればよい。従来の燃料電池用電極触媒に用いられている白金錯体を用いることができる。たとえば、ヘキサヒドロキソ白金錯体、ジニトロジアミノ白金錯体をあげることができる。
【0046】
本発明の製造方法は、緩衝剤により析出反応の反応速度をコントロールすることで、微細な白金粒子が多量に担持されたカーボン粉末よりなる燃料電池用電極触媒を製造することができる。この電極触媒は、十分な触媒量(白金粒子量)を確保しながらガスの拡散を阻害しない触媒層を形成できる燃料電池用電極触媒を提供できる。
【0047】
上記燃料電池用電極触媒および上記製造方法を用いて製造した燃料電池用電極触媒は、固体高分子型燃料電池用電極に用いられる。
【0048】
たとえば、固体高分子用燃料電池用電極は、撥水処理された導電性多孔質カーボンからなる支持基材の一方の表面に、電極触媒および高分子電解質粒子を含む触媒層を形成してなる。
【0049】
導電性多孔質カーボンからなる支持基材としては、カーボンペーパーやカーボンクロスを用いることができる。
【0050】
高分子電解質としては、通常、側鎖にスルホン酸基やカルボキシル基等の陽イオン交換基を有するプロトン導電性の高分子が使用される。このような導電性高分子の具体例としては、スルホン酸基を有するパーフルオロ重合体(以下、パーフルオロスルホン酸重合体という)をあげることができる。
【0051】
導電性カーボン粉末としては、前記電極触媒の担体で用いたものと同様のカーボン粉末を用いることができる。
【0052】
このような固体高分子型燃料電池用電極は、以下の手順で製造することができる。
【0053】
電極触媒および高分子電解質粒子を含む触媒層をカーボン粉末層上に形成させる別の方法として、電極触媒を撥水性樹脂と共にスラリーまたはペーストとし、これをカーボン粉末層上に塗布した後、予め調製した高分子電解質粒子の溶液を含浸させるか、または塗布する。次に、この塗布物を室温で風乾後、60〜100℃で乾燥する。
【0054】
上記の製造方法において、カーボン粉末層を省いて、触媒層を直接、撥水処理された支持基材上に形成させてもよい。この場合は、触媒層に撥水性樹脂を添加するのが好ましい。上記の塗布方法としては、スプレー法、濾過法、ロールコーター法、印刷法等が適用できる。支持基材の厚さは、通常50〜400μmであり、好ましくは150〜350μmである、カーボン粉末層の厚さは、通常100μm以下であり、好ましくは70μm以下である。触媒層の厚さは、通常5〜120μmであり、好ましくは10〜70μmである。
【0055】
こうして製造された電極は、固体高分子型燃料電池のアノード電極およびカソード電極、好ましくはアノード電極として使用することができる。
【0056】
固体高分子型燃料電池においては、固体高分子電解質と電極とが別体であっても、両者が接合した電解質膜−電極接合体を形成してもどちらでもよい。電解質膜−電極接合体を形成していることが好ましい。
【0057】
電解質膜−電極接合体は、固体高分子電解質膜の両面に各々、電極触媒および高分子電解質粒子を含む触媒層と導電性多孔質支持基材とをこの順に設けて構成される。両面の触媒層または一方の触媒層は、燃料電池用電極に使用される触媒層である。従って、この電解質膜−電極接合体は、固体高分子電解質膜の両面に上記電極を形成した形態でもよいし、固体高分子電解質膜の一方の面に上記電極を形成し、他方の面に別の電極を形成した形態でもよい。
【0058】
固体高分子電解質膜は、通常、側鎖にスルホン酸基やカルボキシル基等の陽イオン交換基を有する高分子からなる膜である。電解質膜用の高分子の具体例としては、前述した導電性高分子と同様なものが挙げられる。これらの中で、パーフルオロスルホン酸重合体の膜として市販されているナフィオン(デユポン社製)が好適に使用される。
【0059】
電解質膜−電極接合体の製造方法には特に制約はなく、従来公知の方法を用いることができる。
【0060】
例えば、固体高分子電解質膜の一方の面にだけ上記電極を形成する場合は、上記電極の触媒層側を固体高分子電解質膜の表面と重ね合わせ、プレスで圧着して製造される。また固体高分子電解質膜の両面に上記電極を形成する場合は、固体高分子電解質膜の両面に各々、上記電極を触媒層側を固体高分子電解質膜の表面と重ね合わせ、プレスで圧着すればよい。固体高分子電解質膜の一方の面に上記電極を形成し、他方の面に別の電極を形成する場合は、固体高分子電解質膜の一方の表面に上記電極を重ね合わせ、他方の面に別の電極を重ね合わせ、プレスで圧着すればよい。
【0061】
電解質膜−電極接合体の他の製造方法として、例えば固体高分子電解質膜の一方の面または両面に電極触媒および高分子電解質粒子を含む触媒層を形成し、次に、この触媒層上に撥水処理された支持基材を重ね合わせた後、プレスで圧着する方法が挙げられる。このとき必要に応じて、支持基材を重ね合わせる面に予め導電性カーボン粉末と撥水性樹脂とを含むカーボン粉末層を形成しておいてもよい。
【0062】
固体高分子電解質膜の一方の面または両面に電極触媒と高分子電解質粒子とを含む触媒層を形成させる方法としては、例えば電極触媒と高分子電解質粒子とを混合し、必要に応じてさらに造孔材を添加して、スラリーまたはぺーストとし、これを固体高分子電解質膜の一方の面または両面に塗布し、室温で風乾後、60〜100℃で乾燥する方法が挙げられる。造孔材を用いた場合は、触媒層を形成した後、層内の造孔材を水等の溶媒に溶解させるか、あるいは150〜250℃で焼成して分解することにより、造孔材を除去すればよい。塗布する方法には特に制約はなく、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、ロールコーター法等を用いることができる。造孔材としては、例えば、炭酸アンモニウムやポリビニルアルコール等が使用できる。
【0063】
このようにして製造された電解質膜−電極接合体においては、一方の電極がアノード電極、他方の電極がカソード電極となる。固体高分子電解質膜の両面に電極を形成した電解質膜−電極接合体においても、一方の電極がアノード電極、他方の電極がカソード電極となる。固体高分子電解質膜の一方の面に上記電極を形成し、他方の表面に別の電極を形成した電解質膜−電極接合体においては、接合された別の電極の機能によって、接合された上記電極はアノード電極またはカソード電極として使用することができる。
【0064】
固体高分子型燃料電池は、上記電解質膜−電極接合体のアノード電極およびカソード電極の各ガス拡散層(支持基材)に、それぞれ、集電板を兼ねたアノードガス分配板およびカソードガス分配板を配置して構成される。
【0065】
ガス分配板としては、従来この種の燃料電池に使用されているものでよく、例えばガス不透過性の徴密質カーボン板の片面の所望部分に、所望深さのガス分配用の溝を形成し、その周囲にガスシールのためのガスケット部を設けた集電板を兼ねたものが使用できる。
【0066】
ガスシール用のガスケットとしては、フッ素樹脂製のパッキング、例えばポリテトラフルオロエチレン製のシートやフッ化ビニリデン/6フッ化プロピレン共重合体製のOリング等が使用できる。
【0067】
燃料電池(単セル電池)を作製するには、ガス分配板を2枚用意し、各ガス分配板の溝を有する面を、上記電解質膜−電極接合体のアノードおよびカソードの各々のガス拡散層に接するようにはめ合わせ、さらに、両側のガス分配板を、ガス供給用口およびガス排出用口を設けた金属板、例えばステンレス板で挟み、固定すればよい。また、ガス不透過性の緻密な炭素材料からなるセパレーターバイポーラー板の両面に反応ガス流路(一方にはアノードガスを通させ、他方にはカソードガスを通させる)を設けて、隣接する単セル電池を直列に接続して積層電池を構成することができる。更に、セパレーターの中に冷却管を数電池毎に埋設し、電池反応に伴う反応熱を除去すると共に、熱回収を図ることもできる。この燃料電池を運転するには、アノードおよびカソードの各電極のガス供給口に加熱水蒸気を通して、電解質膜を加湿しながら、カソードに空気または酸素を、またアノードに改質ガス(アルコール、炭化水素等の燃料を改質して得られた水素富化ガス)を供給すればよい。
【0068】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【0069】
本発明の実施例として、燃料電池電極用触媒を製造した。
【0070】
(試料1)
高比表面積カーボン粉末(商品名:Printex、デグサ製)2.5gを純水0.2Lに加えて、スラリーを調製した。このスラリーを攪拌した状態で、5wt%のヘキサヒドロキソ白金硝酸水溶液を150g(白金換算で7.5g)滴下して、白金とカーボンとをなじませた。得られた溶液にさらに純水1Lを滴下した後に、濾別した。濾別された粉末を、排液の導電率が100μS/cm以下となるまで純水で洗浄した。
【0071】
得られた粉末を、1Lの純水に分散させた。0.01Nアンモニア溶液を滴下してpHを9とした(およそ5mLの滴下)。つづいて、3wt%の水素化ホウ素ナトリウム水溶液を170mL滴下して十分に攪拌した。その後、粉末を濾別した。濾別された粉末を、排液の導電率が100μS/cm以下となるまで純水で洗浄した。
【0072】
得られた粉末を80℃で48時間加熱して乾燥した。
【0073】
以上の手段により、本試料の燃料電池電極用触媒が製造された。
【0074】
本試料の触媒におけるPtの担持量は75.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、2.0〜2.2nmであった。また、BET比表面積を測定したところ250m2/gであった。
【0075】
ここで、Ptの粒径の測定は、触媒のXRDを測定し、39°付近のピーク(Ptの(111)面に由来)の半価幅から算出することで行われた。
【0076】
(試料2)
試料1において用いたものと同じ高比表面積カーボン粉末2.0gを純水0.2Lに加えて、スラリーを調製した。白金換算で8.0gのジニトロジアミノ白金硝酸を純水1Lに溶解した白金水溶液を調製し、さらにこの白金水溶液にカーボン粉末(試料1と同様の商品)2.0gを添加し、分散させた。そして、スラリーを攪拌した状態で、白金水溶液を滴下して、白金とカーボンとをなじませた。
【0077】
得られたスラリーにさらにエタノール(純度99.5%)0.3Lを添加し、十分に攪拌した。つづいて、0.01N酢酸5mLを滴下した。その後、粉末を濾別した。濾別された粉末を、排液の導電率が100μS/cm以下となるまで純水で洗浄した。
【0078】
得られた粉末を80℃で48時間加熱して乾燥した。
【0079】
以上の手段により、本試料の燃料電池電極用触媒が製造された。
【0080】
本試料の触媒におけるPtの担持量は80.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、2.1〜2.2nmであった。また、BET比表面積を測定したところ200m2/gであった。
【0081】
(試料3)
試料1において用いたものと同じ高比表面積カーボン粉末4.0gを純水1Lに加えて、スラリーを調製した。このスラリーを攪拌した状態で、4wt%のヘキサヒドロキソ白金亜硫酸水溶液を150g(白金換算で6.0g)滴下して、白金とカーボンとをなじませた。さらにこのスラリーに35vol%の過酸化水素水120mL添加して白金酸化物がカーボン粉末上に担持されたコロイド粒子を生成させた。得られたコロイド溶液を加熱還流した後に、濾過洗浄処理を施して、粉末を得た。
【0082】
得られた粉末を、純水1Lに分散させ、0.01Nアンモニア溶液を滴下してpHを9とした(およそ5mLの滴下)。つづいて、3wt%の水素化ホウ素ナトリウム水溶液を140mL滴下して十分に攪拌した。その後、粉末を濾別した。濾別された粉末を、排液の導電率が100μS/cm以下となるまで純水で洗浄した。
【0083】
得られた粉末を80℃で48時間加熱して乾燥した。
【0084】
以上の手段により、本試料の燃料電池電極用触媒が製造された。
【0085】
本試料の触媒におけるPtの担持量は60.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、1.9〜2.1nmであった。また、BET比表面積を測定したところ400m2/gであった。
【0086】
(試料4)
高比表面積カーボン粉末を7.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を60g(白金換算で3.0g)とした以外は、試料1と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0087】
本試料の触媒におけるPtの担持量は30.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、1.6〜1.8nmであった。また、BET比表面積は700m2/gであった。
【0088】
(試料5)
高比表面積カーボン粉末を6.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を80g(白金換算で4.0g)とした以外は、試料1と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0089】
本試料の触媒におけるPtの担持量は40.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、1.7〜1.9nmであった。また、BET比表面積は600m2/gであった。
【0090】
(試料6)
高比表面積カーボン粉末を5.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を100g(白金換算で5.0g)とした以外は、試料1と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0091】
本試料の触媒におけるPtの担持量は50.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、1.8〜2.0nmであった。また、BET比表面積は500m2/gであった。
【0092】
(試料7)
高比表面積カーボン粉末を4.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を120g(白金換算で6.0g)とした以外は、試料1と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0093】
本試料の触媒におけるPtの担持量は90.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、2.2〜2.3nmであった。また、BET比表面積は100m2/gであった。
【0094】
(試料8)
試料1において用いたものと同じ高比表面積カーボン粉末7.0gを純水0.2Lに加えて、スラリーを調製した。このスラリーを攪拌した状態で、5wt%のヘキサヒドロキソ白金硝酸水溶液を60g(白金換算で3.0g)滴下して、白金とカーボンとをなじませた。得られた溶液にさらに純水1Lを滴下した後に、濾別した。濾別された粉末を、排液の導電率が100μS/cm以下となるまで純水で洗浄した。
【0095】
得られた粉末を、1Lの純水に分散させた。3wt%の水素化ホウ素ナトリウム水溶液を70g滴下して十分に攪拌した。その後、粉末を濾別した。濾別された粉末を、排液の導電率が100μS/cm以下となるまで純水で洗浄した。
【0096】
得られた粉末を80℃で48時間加熱して乾燥した。
【0097】
以上の手段により、本試料の燃料電池電極用触媒が製造された。
【0098】
本試料の触媒におけるPtの担持量は30.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、1.7〜1.9nmであった。また、BET比表面積を測定したところ690m2/gであった。
【0099】
(試料9)
高比表面積カーボン粉末を6.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を80g(白金換算で4.0g)とした以外は、試料8と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0100】
本試料の触媒におけるPtの担持量は40.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、1.9〜2.2nmであった。また、BET比表面積は580m2/gであった。
【0101】
(試料10)
高比表面積カーボン粉末を5.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を100g(白金換算で5.0g)とした以外は、試料8と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0102】
本試料の触媒におけるPtの担持量は50.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、2.1〜2.3nmであった。また、BET比表面積は470m2/gであった。
【0103】
(試料11)
高比表面積カーボン粉末を4.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を120g(白金換算で6.0g)とした以外は、試料8と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0104】
本試料の触媒におけるPtの担持量は60.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、2.3〜2.7nmであった。また、BET比表面積は350m2/gであった。
【0105】
(試料12)
高比表面積カーボン粉末を2.5g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を150g(白金換算で7.5g)とした以外は、試料8と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0106】
本試料の触媒におけるPtの担持量は75.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、3.0〜3.3nmであった。また、BET比表面積は200m2/gであった。
【0107】
(試料13)
高比表面積カーボン粉末を2.0g、ヘキサヒドロソ白金硝酸水溶液の滴下量を160g(白金換算で8.0g)とした以外は、試料8と同様に製造された燃料電池電極用触媒である。
【0108】
本試料の触媒におけるPtの担持量は80.0wt%であり、担持されたPtの粒径は、3.5〜4.0nmであった。また、BET比表面積は150m2/gであった。
【0109】
(評価)
まず、各試料の触媒の白金の担持量と担持された白金の粒径の関係を図1に示した。なお、図1においては、白金を析出を緩衝剤の存在した条件下で行った例とそれ以外の例とで区別を行ってある。
【0110】
図1より、本発明の製造方法を用いた試料1〜7の触媒は試料8〜13の触媒と比較して、白金粒子の粒径が小さくなっている。すなわち、試料1〜7の電極触媒は、白金の担持量を増大させても小さな粒径の白金粒子を担持できるため、多量に白金を担持させることができる。
【0111】
つづいて、各試料の触媒を用いて固体高分子型燃料電池の単セル用電極およびこの電極を用いた単セル電池を製造し、電池特性を測定した。
【0112】
(電極の製造)
各試料の触媒粉末1.5gを10%ナフィオン溶液(アルドリッチ社製)に混合した。この混合溶液にアルコールを添加して全体の重量を20gとした。この混合溶液を超音波分散機で5分間の分散処理を加えて均一な分散液とした。
【0113】
その後、この分散液をフッ素樹脂シート上に塗布して、塗膜を形成させた。得られた塗膜を真空乾燥機に投入し、100℃で1時間乾燥して触媒層を形成した。
【0114】
そして、製造された触媒層を電解質膜(商品名:ナフィオン)を介した状態で積層させ、120℃、10kPa、5分間の条件でホットプレスを施して、張り合わせた。
【0115】
以上のようにして、電極が製造された。製造された電極は、電極面積1cm2あたりの触媒量が0.4mgであった。
【0116】
(単セル電池の製造)
徴密質カーボン板の片面の40×40mmの正方形の部分に、ピッチ5mmのガス分配用の溝を形成し、その周囲にフッ化ビニリデン/6フッ化プロピレン共重合体(デュポン社製バイトン)製のOリングをはめ合わせて集電板を兼ねたガス分配板を2枚準備した。これらのガス分配板の溝を形成した部分を、先に作製した電解質膜−電極接合体のアノードおよびカソードの各々のガス拡散層に接するようにはめ合わせ、さらに、両側のガス分配板を、ガス供給用口およびガス排出用口を設けたステンレス板で挟み、ステンレス板の端部数箇所をボルトで均一に締め付けて、有効電極面積16cm2を有する固体高分子型燃料電池の単セル電池を作製した。
【0117】
(電池特性の測定)
作製された単セル電池のうち、試料1および試料12の触媒を用いた単セル電池の出力特性(電流−電圧)を測定し、測定結果を図2に示した。
【0118】
なお、出力特性の測定は、単セル電池のアノード側の電極(燃料極)に500mL/minの流速で水素を、カソード側の電極(酸化剤極)に1L/minの流速で空気を供給し、電流電圧特性を測定することで行われた。
【0119】
図2より、本発明の電極触媒である試料1を用いた電池は、ガス拡散性の律速な0.9A/cm2の高電流領域で電圧低下が少なくなっていることがわかる。これに対して、試料12を用いた電池は、高電流領域で大きく電圧が低下している。
【0120】
また、作製された単セル電池の0.9A/cm2における電池電圧を測定した。測定結果を表1、2および図3、4に示した。
【0121】
電池電圧の測定は、0.9A/cm2におよそ2時間保持し、安定化した電圧値を測定することでなされた。
【0122】
【表1】

Figure 0004709477
【0123】
【表2】
Figure 0004709477
【0124】
図3より、試料1〜7の電極触媒を用いた電池は、試料8〜13の電極触媒を用いた電池よりも高い電池電圧が測定された。さらに、白金の担持量が60〜80wt%の触媒を用いた電池において、特に高い電池性能が得られた。
【0125】
また、作製された単セル電池の0.1A/cm2におけるBET比表面積と電池電圧を測定した。測定結果を表1、2および図3に示した。
【0126】
図4より、試料1〜7の電極触媒を用いた電池は、試料8〜13の電極触媒を用いた電池よりも高い電池電圧が測定された。さらに、電極触媒のBET比表面積が200〜400の電極触媒において特に高い電池性能が得られた。
【0128】
【発明の効果】
本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法は、小さな粒径の白金粒子が多量にカーボンに担持された燃料電池用電極触媒を製造できるため、燃料電池を形成するときに十分な触媒量(白金粒子量)を確保しながらガスの拡散を阻害しない触媒層を形成できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 白金担持量と白金粒径の関係を示した図である。
【図2】 試料1の触媒を用いた単セル電池の出力特性を示した図である。
【図3】 白金担持量と電池電圧の関係を示した図である。
【図4】 電極触媒のBET比表面積と電池電圧の関係を示した図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode catalyst for a fuel cell used for an electrode of a fuel cell and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fuel cells have been developed as clean energy sources.
[0003]
Fuel cells are classified into four types according to the type of electrolyte: phosphoric acid type, solid polymer type, molten carbonate type, and solid oxide type.
[0004]
A polymer electrolyte fuel cell uses an ion exchange membrane that is a kind of polymer membrane as an electrolyte, and has characteristics such as high output density, long life, low temperature operation (room temperature to 100 ° C.), and the like. . Due to these features, polymer fuel cells can be used in power sources for electric vehicles that require a short start-up as well as small size and high output, and for stationary power sources that require long-term trust. Expected.
[0005]
A polymer electrolyte fuel cell has a proton (H+) An ion exchange membrane having a conductivity of about 100 μm is used, and a catalyst layer having a thin porous electrode catalyst of about 10 to 30 μm is attached to both sides of the membrane. One electrode (fuel electrode, anode) has hydrogen (H2) Or modified H2Rich gas is supplied to the other electrode (oxidant electrode, cathode) with oxygen (O2) Or air, and operate at room temperature to around 100 ° C. The fuel cell oxidizes fuel into protons at the fuel electrode (Formula 1), reduces oxygen to water at the oxidizer electrode (Formula 2), and generates electricity (Formula 3).
[0006]
[Chemical 1]
H2→ 2H++ 2e-
[0007]
[Chemical formula 2]
1 / 2O2+ 2H++ 2e-→ H2O
[0008]
[Chemical 3]
H2+ 1 / 2O2→ H2O
[0009]
The electrode catalyst used for the catalyst layer has a structure in which platinum particles are supported on the surface of carbon powder. Such an electrode catalyst uses, for example, a method in which platinum powder is supported by dispersing carbon powder in an aqueous solution of a platinum compound, stabilizing the platinum complex ion on a carbon support using a reducing agent, and then supporting the platinum. It is manufactured. (For example, see Patent Documents 1 to 10.)
In these patent documents, in the invention in which the particle diameter of the platinum particles is reduced, a sufficient amount of platinum supported cannot be secured. Further, when the amount of platinum particles supported was increased, the particle size of the supported platinum particles was increased.
[0010]
In fuel cells, it has been proposed to increase the catalyst basis weight of an electrode catalyst for the purpose of improving cell performance.
[0011]
However, when the catalyst weight per unit area is increased, there is a problem that the catalyst layer becomes thick and the diffusibility of the fuel gas is lowered, so that the battery output cannot be sufficiently obtained. Further, when the catalyst weight per unit area is increased, there is a problem that platinum particles are aggregated and sufficient catalytic activity cannot be obtained, and the battery voltage is lowered.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-8-162133
[Patent Document 2]
JP-A-10-334925
[Patent Document 3]
JP-A-11-250918
[Patent Document 4]
JP 2000-12043 A
[Patent Document 5]
JP 2001-216991 A
[Patent Document 6]
JP 2002-222655 A
[Patent Document 7]
JP-T-2001-525247
[Patent Document 8]
Japanese translation of PCT publication No. 2002-511639
[Patent Document 9]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-167620
[Patent Document 10]
JP 2000-123843 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an electrode catalyst for a fuel cell that can form a catalyst layer that does not inhibit gas diffusion while having a sufficient amount of catalyst.Manufacturing methodIt is an issue to provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present inventors haveAs a result of repeated studies, the present invention has been made.
[0016]
  Of the present inventionFirstThe method for producing a fuel cell electrode catalyst is as follows:A dispersion adjusting step of preparing a dispersion in which the carbon powder and the platinum complex are dissolved, and a washing step of filtering and washing the solid content from the dispersion, and dispersing the solid content in water.a dispersion solution adjusting step of preparing a dispersion solution in which carbon powder and a platinum complex whose pH is maintained at 4 to 7 are dispersed in water, a buffer agent adding step of adding a buffer agent to the dispersion solution, and a reducing agent in the dispersion solution And a reduction precipitation step of reducing and precipitating platinum on the surface of the carbon powder, and a BET specific surface area of 200 to 400 m2/ G of a fuel cell electrode catalyst is produced.
  The second method for producing an electrode catalyst for a fuel cell according to the present invention includes a dispersion step of preparing a dispersion in which carbon powder and a platinum complex are dissolved, and colloidal particles are generated by adding hydrogen peroxide to the dispersion. A colloid producing step, and a washing step in which the solid content is separated from the dispersion and washed, and the solid content is dispersed in water, and the carbon powder and the platinum complex maintained at pH 4 to 7 are dispersed in water. A dispersion solution adjustment step for preparing the dispersion solution, a buffer addition step for adding a buffer agent to the dispersion solution, and a reduction deposition step for reducing and precipitating platinum on the surface of the carbon powder by adding a reducing agent to the dispersion solution. Having a BET specific surface area of 200 to 400 m 2 / G of a fuel cell electrode catalyst is produced.
[0017]
The fuel cell electrode catalyst of the present invention has a catalyst layer that does not inhibit gas diffusion while ensuring a sufficient amount of catalyst (amount of platinum particles) since a large amount of platinum particles having a small particle size are supported on carbon. An electrode catalyst for a fuel cell that can be formed can be provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  (Electrocatalyst for fuel cell)
  The present inventionManufactured by the manufacturing methodFuel cell electrode catalyst(Hereinafter referred to as the fuel cell electrode catalyst of the present invention)Has a configuration in which platinum particles are supported on carbon. The fuel cell catalyst of the present invention has a structure in which platinum particles are supported on carbon, thereby increasing the reaction surface area and increasing the activity per unit catalyst weight.
[0019]
The average particle diameter of the platinum particles is 1.9 to 2.3 nm. By adjusting the average particle size of the platinum particles, when the electrode catalyst of the present invention is used for an electrode of a fuel cell, the fuel cell can obtain sufficient cell performance. The platinum particles supported on carbon are made of pure platinum.
[0020]
The smaller the particle diameter of the platinum particles, the larger the surface area of the platinum particles when carrying the same weight of platinum particles. That is, it is preferable that the average particle diameter of the platinum particles is small. If the average particle diameter of the platinum particles exceeds 2.3 nm, the catalyst surface area of the fuel cell electrode is not ensured, and the battery output decreases. On the other hand, when the average particle size is less than 1.9 nm, the particle size of the platinum particles is too small and it becomes difficult to support the carbon.
[0021]
The particle diameter of the platinum particles can be determined by measuring the XRD of the electrode catalyst and calculating from the half-value width of a peak around 39 ° (derived from the (111) plane of Pt).
[0022]
When the fuel cell electrode catalyst is 100 wt%, the platinum particles are 60 to 80 wt%. By adjusting the amount of platinum particles supported on carbon, when the electrode catalyst of the present invention is used for an electrode of a fuel cell, the fuel cell can obtain sufficient cell performance.
[0023]
When the supported amount of platinum particles is less than 60 wt%, the catalyst layer becomes thick, the fuel gas diffusibility decreases, and the battery output decreases. On the other hand, when the loading amount exceeds 80 wt%, the activity becomes remarkably high, causing a problem of ignition.
[0024]
The fuel cell electrode catalyst of the present invention has a BET specific surface area of 200 to 400 m.2/ G is preferable. By adjusting the BET specific surface area, when the electrode catalyst of the present invention is used for an electrode of a fuel cell, the fuel cell can obtain sufficient cell performance.
[0025]
Specific surface area 200m2If it is less than / g, sufficient catalytic activity cannot be obtained, so the battery performance decreases, and 400 m2When the amount exceeds / g, a large amount of water generated during power generation is adsorbed, and the battery performance is lowered due to a decrease in water discharge performance.
[0026]
In the fuel cell electrode catalyst of the present invention, as the carbon on which the platinum particles are supported, the carbon used in the conventional fuel cell electrode catalyst can be used. For example, carbon black and activated carbon can be mentioned.
[0027]
  The fuel cell catalyst of the present invention comprises:Claims 1-6According to the manufacturing method described inManufactured.
[0028]
In the fuel cell electrode catalyst of the present invention, since platinum particles having an average particle size of 1.9 to 2.3 nm were supported on carbon, the catalyst surface area was sufficiently secured. Can be reduced. As a result, the fuel cell electrode catalyst of the present invention can provide a fuel cell electrode catalyst capable of forming a catalyst layer that does not inhibit gas diffusion while ensuring a sufficient catalyst amount (platinum particle amount).
[0029]
  (Production method)
  Of the present inventionFirstThe method for producing a fuel cell electrode catalyst includes a dispersion solution adjustment step, a buffer addition step, and a reduction precipitation step. In the production method of the present invention, a solution in which carbon powder having a pH of 4 to 7 and platinum are dispersed is used.In the process of having a dispersion adjustment process and a cleaning processThis is a production method for producing an electrode catalyst for a fuel cell by preparing and reducing and precipitating platinum on the surface of a carbon powder.
[0030]
  Of the first manufacturing methodThe dispersion solution adjustment processHaving a washing step,This is a step of preparing a dispersion solution in which a carbon powder whose pH is maintained at 4 to 7 and a platinum complex are dispersed in water. That is, the dispersion solution adjustment stepA dispersion adjustment step, and a washing step,This is a step of preparing a dispersion solution having a pH maintained at 4 to 7 and containing a carbon powder and platinum.
  The manufacturing method of the 2nd electrode catalyst for fuel cells of this invention has a dispersion solution adjustment process, a buffer agent addition process, and a reduction | restoration precipitation process. In the production method of the present invention, a solution in which platinum and carbon powder having a pH of 4 to 7 are dispersed is prepared in a step having a dispersion step, a colloid generation step, and a washing step, and platinum is reduced on the surface of the carbon powder It is a manufacturing method which manufactures the electrode catalyst for fuel cells by making it precipitate.
  The dispersion solution adjustment step of the second production method is a step of preparing a dispersion solution having a washing step, in which carbon powder having a pH maintained at 4 to 7 and a platinum complex are dispersed in water. That is, the dispersion solution adjustment step includes a dispersion step, a colloid generation step, and a washing step, and is a dispersion solution that maintains a pH of 4 to 7, and prepares a solution containing carbon powder and platinum. It is a process to do.
[0031]
  The first and second production methods of the present invention (hereinafter referred to as the production method of the present invention unless otherwise specified)The buffering agent adding step is a step of adding a buffering agent to the dispersion solution. By adding a buffering agent in the buffering agent addition step, it is possible to control the reduction precipitation reaction in the subsequent reduction precipitation step. By controlling the reaction rate of the reduction precipitation reaction, it is possible to reduce the particle size of platinum to be reduced precipitation.
[0032]
  Of the production method of the present inventionThe reduction deposition step is a step in which a reducing agent is added to the dispersion solution and platinum is reduced and deposited on the surface of the carbon powder. By depositing platinum on the surface of the carbon powder, a fuel cell electrode catalyst in which platinum is supported on carbon can be produced.
[0033]
In the production method of the present invention, the reaction rate of the reduction deposition of platinum in the reduction deposition step is reduced by adding a buffer. When the reaction rate of the reductive precipitation reaction is reduced, the growth rate of the particle size of the particles formed by the reductively deposited platinum is also slowed, so that platinum particles having a small particle size can be obtained. That is, an electrode catalyst in which platinum particles having a small particle diameter are supported on carbon powder is obtained.
[0034]
In the production method of the present invention, the buffer is not limited as long as it is a substance that can control the reaction rate of the reduction precipitation reaction. For example, substances such as acetic acid, citric acid, propionic acid, ammonia, ethanolamine and the like can be mentioned.
[0035]
The reducing agent added to the dispersion solution in the reduction precipitation step is not particularly limited as long as it is a substance that can reduce and precipitate platinum dissolved in the dispersion solution. That is, a conventionally known substance can be used as the reducing agent. Examples of the reducing agent include sodium borohydride aqueous solution, hydrogen gas, alcohol, formic acid, and hydrazine.
[0036]
  In the first manufacturing method,The dispersion solution adjusting step includes a dispersion adjusting step of preparing a dispersion in which the carbon powder and the platinum complex are dissolved, and a washing step of filtering and washing the solid content from the dispersion and dispersing the solid content in water.Process.
[0037]
The dispersion solution adjustment process prepares a dispersion liquid in which carbon and platinum are mixed in the dispersion adjustment process, and the carbon with the platinum complex attached to the surface is prepared by filtering and washing the solid content from the dispersion liquid. Can do. Then, by dispersing this carbon again in water, a dispersion solution in which the platinum complex and the carbon are dispersed is obtained.
[0038]
The carbon powder used for the electrode catalyst for fuel cells has a certain high specific surface area and is difficult to disperse in a solution such as water. For this reason, it is preferable to disperse in water in advance and mix with the solution in which the platinum complex is dissolved, rather than injecting the carbon powder into the solution in which the platinum complex is dissolved. That is, the dispersion liquid adjusting step is a dispersion step of preparing a dispersion by dispersing carbon powder in water, a platinum aqueous solution adjusting step of preparing a platinum aqueous solution in which a platinum complex is dissolved, and an addition of adding a platinum aqueous solution to the dispersion It is preferable to have a process.
[0039]
Moreover, since this dispersion | distribution solution adjustment process has a washing | cleaning process, the pH of the dispersion liquid prepared is maintained at 4-7 (neutral). By maintaining the dispersion in neutrality, the amount of buffering agent added can be reduced in subsequent steps. In the washing step, it is preferable to wash with running water until the conductivity of the waste water becomes 100 μS / cm or less.
[0040]
  In the second manufacturing method,The dispersion solution adjustment step includes a dispersion step of preparing a dispersion in which carbon powder and platinum complex are dissolved, a colloid generation step of adding hydrogen peroxide to the dispersion to generate colloid particles, and a solid content from the dispersion. Washing by filtering and washing, and dispersing the solid content in water;Process.
[0041]
That is, the platinum complex is dispersed in the dispersion solution as colloidal particles. By dispersing the platinum complex as colloidal particles, the platinum complex can be concentrated and the generation of expensive platinum loss can be suppressed. And carbon which a platinum complex adhered to the surface can be prepared by separating and washing solid content from this solution. Then, by dispersing this carbon again in water, a dispersion solution in which the platinum complex and the carbon are dispersed is obtained.
[0042]
Moreover, since the dispersion solution adjustment process which has a colloid production | generation process has a washing | cleaning process, the pH of the prepared dispersion solution is maintained at 4-7 (neutral). By maintaining the dispersion in neutrality, the amount of buffer added can be reduced in subsequent steps. In the washing step, it is preferable to wash with running water until the conductivity of the waste water becomes 100 μS / cm or less.
[0043]
In the production method of the present invention, the carbon powder is not particularly limited as long as it can support the reduced and precipitated platinum particles and has conductivity. Carbon used in conventional fuel cell electrode catalysts can be used. For example, carbon black and activated carbon can be mentioned.
[0044]
Carbon powder is 800-1500m2It is preferable to have a BET specific surface area of / g. Carbon powder is 800-1500m2By having a BET specific surface area of / g, the produced electrode catalyst has a sufficient specific surface area.
[0045]
In the production method of the present invention, the platinum complex may be any substance that can reduce and precipitate platinum in the reduction and precipitation step. The platinum complex currently used for the conventional electrode catalyst for fuel cells can be used. For example, a hexahydroxo platinum complex and a dinitrodiamino platinum complex can be mentioned.
[0046]
The production method of the present invention can produce a fuel cell electrode catalyst made of carbon powder in which a large amount of fine platinum particles are supported by controlling the reaction rate of the precipitation reaction with a buffer. This electrode catalyst can provide a fuel cell electrode catalyst capable of forming a catalyst layer that does not inhibit gas diffusion while ensuring a sufficient amount of catalyst (amount of platinum particles).
[0047]
The fuel cell electrode catalyst and the fuel cell electrode catalyst produced by using the production method are used for a polymer electrolyte fuel cell electrode.
[0048]
For example, an electrode for a solid polymer fuel cell is formed by forming a catalyst layer containing an electrode catalyst and polymer electrolyte particles on one surface of a support substrate made of water-repellent conductive porous carbon.
[0049]
Carbon paper or carbon cloth can be used as the support substrate made of conductive porous carbon.
[0050]
As the polymer electrolyte, a proton conductive polymer having a cation exchange group such as a sulfonic acid group or a carboxyl group in the side chain is usually used. Specific examples of such a conductive polymer include a perfluoropolymer having a sulfonic acid group (hereinafter referred to as a perfluorosulfonic acid polymer).
[0051]
As the conductive carbon powder, the same carbon powder as that used for the electrode catalyst carrier can be used.
[0052]
Such an electrode for a polymer electrolyte fuel cell can be produced by the following procedure.
[0053]
As another method for forming a catalyst layer containing an electrode catalyst and polymer electrolyte particles on the carbon powder layer, the electrode catalyst was made into a slurry or paste together with a water-repellent resin, and this was applied onto the carbon powder layer and then prepared in advance. A solution of polyelectrolyte particles is impregnated or applied. Next, this coated material is air-dried at room temperature and then dried at 60 to 100 ° C.
[0054]
In the above production method, the carbon powder layer may be omitted, and the catalyst layer may be directly formed on the support substrate that has been subjected to the water-repellent treatment. In this case, it is preferable to add a water repellent resin to the catalyst layer. As the coating method, a spray method, a filtration method, a roll coater method, a printing method, or the like can be applied. The thickness of the support base is usually 50 to 400 μm, preferably 150 to 350 μm. The thickness of the carbon powder layer is usually 100 μm or less, preferably 70 μm or less. The thickness of the catalyst layer is usually 5 to 120 μm, preferably 10 to 70 μm.
[0055]
The electrode thus produced can be used as an anode electrode and a cathode electrode, preferably an anode electrode of a polymer electrolyte fuel cell.
[0056]
In the polymer electrolyte fuel cell, the solid polymer electrolyte and the electrode may be separate or may form an electrolyte membrane-electrode assembly in which both are joined. It is preferable to form an electrolyte membrane-electrode assembly.
[0057]
The electrolyte membrane-electrode assembly is configured by providing a catalyst layer containing an electrode catalyst and polymer electrolyte particles and a conductive porous support substrate in this order on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. Both catalyst layers or one of the catalyst layers is a catalyst layer used for a fuel cell electrode. Therefore, the electrolyte membrane-electrode assembly may be in a form in which the electrode is formed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, or the electrode is formed on one side of the solid polymer electrolyte membrane and separated on the other side. The form in which the electrode is formed may be used.
[0058]
The solid polymer electrolyte membrane is usually a membrane made of a polymer having a cation exchange group such as a sulfonic acid group or a carboxyl group in the side chain. Specific examples of the polymer for the electrolyte membrane include those similar to the conductive polymer described above. Among these, commercially available Nafion (manufactured by Deyupon) is preferably used as a membrane of perfluorosulfonic acid polymer.
[0059]
There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of an electrolyte membrane-electrode assembly, A conventionally well-known method can be used.
[0060]
For example, when the electrode is formed only on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, the electrode is produced by superimposing the catalyst layer side of the electrode on the surface of the solid polymer electrolyte membrane and press-bonding it with a press. In addition, when the electrodes are formed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, the electrodes are superimposed on the surface of the solid polymer electrolyte membrane on the both sides of the solid polymer electrolyte membrane and pressed with a press. Good. When the electrode is formed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane and another electrode is formed on the other surface, the electrode is superimposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane and separated on the other surface. These electrodes may be stacked and pressure-bonded with a press.
[0061]
As another method for producing an electrolyte membrane-electrode assembly, for example, a catalyst layer containing an electrode catalyst and polymer electrolyte particles is formed on one surface or both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane, and then repellent on the catalyst layer. An example is a method in which a water-treated support base material is superposed and then pressure-bonded by a press. At this time, if necessary, a carbon powder layer containing a conductive carbon powder and a water-repellent resin may be formed in advance on the surface on which the supporting base material is overlapped.
[0062]
As a method for forming a catalyst layer containing an electrode catalyst and polymer electrolyte particles on one or both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane, for example, an electrode catalyst and polymer electrolyte particles are mixed, and further prepared as necessary. An example is a method in which a pore material is added to form a slurry or paste, which is applied to one or both sides of a solid polymer electrolyte membrane, air-dried at room temperature, and then dried at 60 to 100 ° C. When the pore former is used, after forming the catalyst layer, the pore former in the layer is dissolved in a solvent such as water, or is baked and decomposed at 150 to 250 ° C. Remove it. There is no restriction | limiting in particular in the method to apply | coat, A screen printing method, a doctor blade method, a roll coater method etc. can be used. As the pore former, for example, ammonium carbonate or polyvinyl alcohol can be used.
[0063]
In the electrolyte membrane-electrode assembly thus manufactured, one electrode is an anode electrode and the other electrode is a cathode electrode. Also in an electrolyte membrane-electrode assembly in which electrodes are formed on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane, one electrode is an anode electrode and the other electrode is a cathode electrode. In the electrolyte membrane-electrode assembly in which the electrode is formed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane and another electrode is formed on the other surface, the electrode joined by the function of the joined another electrode Can be used as an anode electrode or a cathode electrode.
[0064]
The polymer electrolyte fuel cell includes an anode gas distribution plate and a cathode gas distribution plate, each serving as a current collector plate, in each of the gas diffusion layers (support base materials) of the anode electrode and the cathode electrode of the electrolyte membrane-electrode assembly. Arranged.
[0065]
The gas distribution plate may be one conventionally used in this type of fuel cell. For example, a gas distribution groove having a desired depth is formed on a desired portion of one side of a gas-impermeable dense carbon plate. And what used also as the current collecting plate which provided the gasket part for a gas seal in the circumference | surroundings can be used.
[0066]
As a gasket for gas sealing, a packing made of fluororesin, for example, a sheet made of polytetrafluoroethylene, an O-ring made of vinylidene fluoride / 6-propylene propylene copolymer, or the like can be used.
[0067]
In order to produce a fuel cell (single cell battery), two gas distribution plates are prepared, and the surface of each gas distribution plate having a groove is formed on each of the gas diffusion layers of the anode and the cathode of the electrolyte membrane-electrode assembly. Further, the gas distribution plates on both sides may be sandwiched between metal plates provided with gas supply ports and gas discharge ports, such as stainless steel plates, and fixed. In addition, a reactive gas flow path (anode gas is passed through one side and a cathode gas passed through the other side) is provided on both sides of a separator bipolar plate made of a gas-impermeable dense carbon material, and adjacent single units are provided. Cell batteries can be connected in series to form a laminated battery. Furthermore, it is possible to embed a cooling pipe every several batteries in the separator to remove the heat of reaction accompanying the battery reaction and to recover the heat. In order to operate this fuel cell, air or oxygen is supplied to the cathode while reforming gas (alcohol, hydrocarbon, etc.) is supplied to the cathode while humidifying the electrolyte membrane through heated steam through the gas supply ports of the anode and cathode electrodes. The hydrogen-enriched gas obtained by reforming the above fuel may be supplied.
[0068]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0069]
As an example of the present invention, a catalyst for a fuel cell electrode was produced.
[0070]
(Sample 1)
A slurry was prepared by adding 2.5 g of high specific surface area carbon powder (trade name: Printex, manufactured by Degussa) to 0.2 L of pure water. In a state where the slurry was stirred, 150 g (7.5 g in terms of platinum) of 5 wt% hexahydroxoplatinum nitric acid aqueous solution was dropped to allow the platinum and carbon to blend together. 1 L of pure water was further added dropwise to the obtained solution, and then filtered. The powder separated by filtration was washed with pure water until the drainage conductivity was 100 μS / cm or less.
[0071]
The obtained powder was dispersed in 1 L of pure water. 0.01N ammonia solution was added dropwise to adjust the pH to 9 (approximately 5 mL added dropwise). Subsequently, 170 mL of a 3 wt% aqueous sodium borohydride solution was dropped and stirred sufficiently. Thereafter, the powder was filtered off. The powder separated by filtration was washed with pure water until the drainage conductivity was 100 μS / cm or less.
[0072]
The resulting powder was dried by heating at 80 ° C. for 48 hours.
[0073]
The fuel cell electrode catalyst of this sample was manufactured by the above means.
[0074]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 75.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 2.0 to 2.2 nm. Moreover, when the BET specific surface area was measured, it was 250 m.2/ G.
[0075]
Here, the particle size of Pt was measured by measuring the XRD of the catalyst and calculating from the half-value width of a peak near 39 ° (derived from the (111) plane of Pt).
[0076]
(Sample 2)
A slurry was prepared by adding 2.0 g of the same high specific surface area carbon powder as used in Sample 1 to 0.2 L of pure water. A platinum aqueous solution prepared by dissolving 8.0 g of dinitrodiaminoplatinum nitrate in 1 L of pure water in terms of platinum was prepared, and 2.0 g of carbon powder (a product similar to Sample 1) was added and dispersed in this platinum aqueous solution. And in the state which stirred the slurry, platinum aqueous solution was dripped and platinum and carbon were blended.
[0077]
To the obtained slurry, 0.3 L of ethanol (purity 99.5%) was further added and stirred sufficiently. Subsequently, 5 mL of 0.01N acetic acid was added dropwise. Thereafter, the powder was filtered off. The powder separated by filtration was washed with pure water until the drainage conductivity was 100 μS / cm or less.
[0078]
The resulting powder was dried by heating at 80 ° C. for 48 hours.
[0079]
The fuel cell electrode catalyst of this sample was manufactured by the above means.
[0080]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 80.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 2.1 to 2.2 nm. Moreover, when the BET specific surface area was measured, it was 200 m.2/ G.
[0081]
(Sample 3)
A slurry was prepared by adding 4.0 g of the same high specific surface area carbon powder as used in Sample 1 to 1 L of pure water. While stirring this slurry, 150 g (6.0 g in terms of platinum) of 4 wt% hexahydroxo platinum sulfite aqueous solution was dropped to allow platinum and carbon to blend together. Furthermore, 120 mL of 35 vol% hydrogen peroxide water was added to this slurry to produce colloidal particles in which platinum oxide was supported on carbon powder. The obtained colloidal solution was heated to reflux and then subjected to filtration and washing treatment to obtain a powder.
[0082]
The obtained powder was dispersed in 1 L of pure water, and 0.01N ammonia solution was added dropwise to adjust the pH to 9 (approximately 5 mL added dropwise). Subsequently, 140 mL of a 3 wt% aqueous sodium borohydride solution was added dropwise and stirred sufficiently. Thereafter, the powder was filtered off. The powder separated by filtration was washed with pure water until the drainage conductivity was 100 μS / cm or less.
[0083]
The resulting powder was dried by heating at 80 ° C. for 48 hours.
[0084]
The fuel cell electrode catalyst of this sample was manufactured by the above means.
[0085]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 60.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 1.9 to 2.1 nm. Moreover, when the BET specific surface area was measured, it was 400 m.2/ G.
[0086]
(Sample 4)
The fuel cell electrode catalyst was produced in the same manner as Sample 1, except that 7.0 g of the high specific surface area carbon powder and 60 g (3.0 g in terms of platinum) of the hexahydrosoplatinum nitric acid aqueous solution were added dropwise.
[0087]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 30.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 1.6 to 1.8 nm. The BET specific surface area is 700m.2/ G.
[0088]
(Sample 5)
It is a fuel cell electrode catalyst produced in the same manner as Sample 1 except that 6.0 g of the high specific surface area carbon powder and 80 g (4.0 g in terms of platinum) of the hexahydroso platinum nitric acid aqueous solution were added.
[0089]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 40.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 1.7 to 1.9 nm. The BET specific surface area is 600m.2/ G.
[0090]
(Sample 6)
The fuel cell electrode catalyst was produced in the same manner as Sample 1 except that 5.0 g of the high specific surface area carbon powder and 100 g (5.0 g in terms of platinum) of the hexahydroso platinum nitric acid aqueous solution were added dropwise.
[0091]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 50.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 1.8 to 2.0 nm. The BET specific surface area is 500m.2/ G.
[0092]
(Sample 7)
The fuel cell electrode catalyst was produced in the same manner as Sample 1, except that 4.0 g of the high specific surface area carbon powder and 120 g (6.0 g in terms of platinum) of the hexahydrosoplatinic acid aqueous solution were added dropwise.
[0093]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 90.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 2.2 to 2.3 nm. The BET specific surface area is 100m.2/ G.
[0094]
(Sample 8)
A slurry was prepared by adding 7.0 g of the same high specific surface area carbon powder as used in Sample 1 to 0.2 L of pure water. While stirring the slurry, 60 g (3.0 g in terms of platinum) of a 5 wt% hexahydroxoplatinum nitric acid aqueous solution was dropped to allow the platinum and carbon to blend together. 1 L of pure water was further added dropwise to the obtained solution, and then filtered. The powder separated by filtration was washed with pure water until the drainage conductivity was 100 μS / cm or less.
[0095]
The obtained powder was dispersed in 1 L of pure water. 70 g of 3 wt% aqueous sodium borohydride solution was added dropwise and stirred sufficiently. Thereafter, the powder was filtered off. The powder separated by filtration was washed with pure water until the drainage conductivity was 100 μS / cm or less.
[0096]
The resulting powder was dried by heating at 80 ° C. for 48 hours.
[0097]
The fuel cell electrode catalyst of this sample was manufactured by the above means.
[0098]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 30.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 1.7 to 1.9 nm. Moreover, when the BET specific surface area was measured, it was 690 m.2/ G.
[0099]
  (Sample 9)
  Except for 6.0 g of high specific surface area carbon powder and 80 g of hexahydrosoplatinic acid nitric acid aqueous solution (4.0 g in terms of platinum),Sample 8It is the catalyst for fuel cell electrodes manufactured similarly.
[0100]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 40.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 1.9 to 2.2 nm. The BET specific surface area is 580 m.2/ G.
[0101]
  (Sample 10)
  Except for 5.0 g of the high specific surface area carbon powder and 100 g (5.0 g in terms of platinum) of the dropping amount of the hexahydroso platinum nitric acid aqueous solution,Sample 8It is the catalyst for fuel cell electrodes manufactured similarly.
[0102]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 50.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 2.1 to 2.3 nm. The BET specific surface area is 470m.2/ G.
[0103]
  (Sample 11)
  Except for 4.0 g of high specific surface area carbon powder and 120 g (6.0 g in terms of platinum) of dropping amount of hexahydrosoplatinic acid aqueous solution,Sample 8It is the catalyst for fuel cell electrodes manufactured similarly.
[0104]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 60.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 2.3 to 2.7 nm. The BET specific surface area is 350m.2/ G.
[0105]
  (Sample 12)
  Except for the high specific surface area carbon powder 2.5g and the dropping amount of the hexahydroso platinum nitric acid aqueous solution 150g (7.5g in terms of platinum),Sample 8It is the catalyst for fuel cell electrodes manufactured similarly.
[0106]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 75.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 3.0 to 3.3 nm. The BET specific surface area is 200m.2/ G.
[0107]
  (Sample 13)
  Except for 2.0 g of the high specific surface area carbon powder and 160 g (8.0 g in terms of platinum) of the dropping amount of the hexahydroso platinum nitric acid aqueous solution,Sample 8It is the catalyst for fuel cell electrodes manufactured similarly.
[0108]
The supported amount of Pt in the catalyst of this sample was 80.0 wt%, and the particle size of the supported Pt was 3.5 to 4.0 nm. The BET specific surface area is 150m.2/ G.
[0109]
(Evaluation)
First, FIG. 1 shows the relationship between the amount of platinum supported on the catalyst of each sample and the particle size of the supported platinum. In FIG. 1, a distinction is made between an example in which platinum is deposited under conditions where a buffering agent is present, and other examples.
[0110]
From FIG. 1, the catalyst of Samples 1 to 7 using the production method of the present invention has a smaller particle size of platinum particles than the catalysts of Samples 8 to 13. That is, since the electrode catalysts of Samples 1 to 7 can carry platinum particles having a small particle diameter even when the amount of platinum carried is increased, a large amount of platinum can be carried.
[0111]
Subsequently, an electrode for a single cell of a polymer electrolyte fuel cell and a single cell battery using this electrode were manufactured using the catalyst of each sample, and the battery characteristics were measured.
[0112]
(Manufacture of electrodes)
1.5 g of catalyst powder of each sample was mixed with 10% Nafion solution (Aldrich). Alcohol was added to this mixed solution to make the total weight 20 g. This mixed solution was subjected to a dispersion treatment for 5 minutes with an ultrasonic disperser to obtain a uniform dispersion.
[0113]
Thereafter, this dispersion was applied onto a fluororesin sheet to form a coating film. The obtained coating film was put into a vacuum dryer and dried at 100 ° C. for 1 hour to form a catalyst layer.
[0114]
And the manufactured catalyst layer was laminated | stacked via the electrolyte membrane (brand name: Nafion), and it hot-pressed on 120 degreeC, 10 kPa, and the conditions for 5 minutes, and bonded together.
[0115]
The electrode was manufactured as described above. The manufactured electrode has an electrode area of 1 cm.2The amount of catalyst per unit was 0.4 mg.
[0116]
(Manufacture of single cell batteries)
A gas distribution groove with a pitch of 5 mm is formed in a square portion of 40 × 40 mm on one side of a dense carbon plate, and a vinylidene fluoride / 6-propylene propylene copolymer (Viton made by DuPont) is formed around the groove. Two gas distribution plates serving as current collector plates were prepared by fitting the O-rings. These gas distribution plate grooves are fitted to contact the gas diffusion layers of the anode and cathode of the electrolyte membrane-electrode assembly prepared above, and the gas distribution plates on both sides are fitted to the gas distribution plates. It is sandwiched between a stainless steel plate provided with a supply port and a gas discharge port, and the stainless steel plate is uniformly tightened with bolts at several end portions to obtain an effective electrode area of 16 cm.2A single cell battery of a polymer electrolyte fuel cell having the following structure was prepared.
[0117]
(Measurement of battery characteristics)
Among the produced single cell batteries, the output characteristics (current-voltage) of the single cell batteries using the catalysts of Sample 1 and Sample 12 were measured, and the measurement results are shown in FIG.
[0118]
For measurement of output characteristics, hydrogen was supplied to the anode electrode (fuel electrode) of the single cell battery at a flow rate of 500 mL / min, and air was supplied to the cathode electrode (oxidant electrode) at a flow rate of 1 L / min. This was done by measuring the current-voltage characteristics.
[0119]
As shown in FIG. 2, the battery using the sample 1 which is the electrode catalyst of the present invention has a gas diffusive rate-determining 0.9 A / cm.2It can be seen that the voltage drop is small in the high current region. On the other hand, the battery using the sample 12 has a large voltage drop in the high current region.
[0120]
Moreover, 0.9 A / cm of the produced single cell battery2The battery voltage at was measured. The measurement results are shown in Tables 1 and 2 and FIGS.
[0121]
Battery voltage measurement is 0.9A / cm2For about 2 hours and measuring the stabilized voltage value.
[0122]
[Table 1]
Figure 0004709477
[0123]
[Table 2]
Figure 0004709477
[0124]
From FIG. 3, the battery using the electrode catalyst of Samples 1-7 was measured to have a higher battery voltage than the battery using the electrode catalyst of Samples 8-13. Furthermore, particularly high battery performance was obtained in a battery using a catalyst having a platinum loading of 60 to 80 wt%.
[0125]
Moreover, 0.1 A / cm of the produced single cell battery2The BET specific surface area and battery voltage were measured. The measurement results are shown in Tables 1 and 2 and FIG.
[0126]
From FIG. 4, the battery using the electrode catalyst of Samples 1 to 7 measured a higher battery voltage than the battery using the electrode catalyst of Samples 8 to 13. Furthermore, particularly high battery performance was obtained with an electrode catalyst having a BET specific surface area of 200 to 400.
[0128]
【The invention's effect】
  Of the present inventionThe method for producing an electrode catalyst for a fuel cell is that a large amount of platinum particles having a small particle size are supported on carbon.For fuel cellBecause we can manufacture electrode catalyst,When forming a fuel cellThis has the effect of forming a catalyst layer that does not inhibit gas diffusion while ensuring a sufficient amount of catalyst (platinum particle amount).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between platinum loading and platinum particle size.
2 is a graph showing output characteristics of a single cell battery using the catalyst of Sample 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between platinum loading and battery voltage.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the BET specific surface area of the electrode catalyst and the battery voltage.

Claims (6)

カーボン粉末および白金錯体が溶解した分散液を調製する分散液調整工程と、該分散液から固形分を濾別して洗浄し、該固形分を水に分散させる洗浄工程と、を有し、pHを4〜7に維持した該カーボン粉末該白金錯体とが水に分散した分散溶液を調製する分散溶液調整工程と、
該分散溶液に緩衝剤を添加する緩衝剤添加工程と、
該分散溶液に還元剤を添加して該カーボン粉末表面に白金を還元析出させる還元析出工程と、
を有し、BET比表面積が200〜400m/gの燃料電池用電極触媒を製造することを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。
A dispersion adjusting step for preparing a dispersion in which the carbon powder and the platinum complex are dissolved, and a washing step for filtering and washing the solid content from the dispersion, and dispersing the solid content in water. A dispersion solution adjusting step of preparing a dispersion solution in which the carbon powder maintained at ˜7 and the platinum complex are dispersed in water;
A buffering agent adding step of adding a buffering agent to the dispersion;
A reduction deposition step of adding a reducing agent to the dispersion solution to reduce and deposit platinum on the surface of the carbon powder;
And a fuel cell electrode catalyst having a BET specific surface area of 200 to 400 m 2 / g is produced.
前記緩衝剤は、酢酸、クエン酸、プロピオン酸、アンモニア、エタノールアミンより選ばれる請求項1記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。  The method for producing a fuel cell electrode catalyst according to claim 1, wherein the buffer is selected from acetic acid, citric acid, propionic acid, ammonia, and ethanolamine. 前記洗浄工程は、排水の導電率が100μS/cm以下となるまで流水で洗浄する請求項1記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。The method for producing an electrode catalyst for a fuel cell according to claim 1 , wherein the washing step is carried out with running water until the conductivity of the waste water becomes 100 μS / cm or less. カーボン粉末および白金錯体が溶解した分散液を調製する分散工程と、該分散液に過酸化水素水を添加してコロイド粒子を生成するコロイド生成工程と、該分散液から固形分を濾別して洗浄し、該固形分を水に分散させる洗浄工程と、を有し、pHを4〜7に維持した該カーボン粉末該白金錯体とが水に分散した分散溶液を調製する分散溶液調整工程と、
該分散溶液に緩衝剤を添加する緩衝剤添加工程と、
該分散溶液に還元剤を添加して該カーボン粉末表面に白金を還元析出させる還元析出工程と、
を有し、BET比表面積が200〜400m/gの燃料電池用電極触媒を製造することを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。
A dispersion step of preparing a dispersion in which the carbon powder and the platinum complex are dissolved, a colloid generation step in which hydrogen peroxide water is added to the dispersion to generate colloid particles, and a solid content is separated from the dispersion and washed. A dispersion step for preparing a dispersion solution in which the carbon powder having the pH maintained at 4 to 7 and the platinum complex are dispersed in water.
A buffering agent adding step of adding a buffering agent to the dispersion;
A reduction deposition step of adding a reducing agent to the dispersion solution to reduce and deposit platinum on the surface of the carbon powder;
And a fuel cell electrode catalyst having a BET specific surface area of 200 to 400 m 2 / g is produced.
前記緩衝剤は、酢酸、クエン酸、プロピオン酸、アンモニア、エタノールアミンより選ばれる請求項4記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。The method for producing an electrode catalyst for a fuel cell according to claim 4 , wherein the buffer is selected from acetic acid, citric acid, propionic acid, ammonia, and ethanolamine. 前記洗浄工程は、排水の導電率が100μS/cm以下となるまで流水で洗浄する請求項4記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。The method for producing an electrode catalyst for a fuel cell according to claim 4 , wherein the washing step is carried out with running water until the conductivity of the waste water becomes 100 μS / cm or less.
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